[发明专利]杂化钙钛矿纳米材料在制备全光自旋电子器件中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及杂化钙钛矿纳米材料在制备全光自旋电子器件中的应用，具体涉及半导体材料杂化钙钛矿纳米材料在制备磁光隔离器和超快光开关中的应用。

背景技术

随着科学技术的发展，电路集成度不断提高，运行速度不断加快，以原子荷电性为基础的硅基传统电子器件的缺陷越来越明显，目前已经严重阻碍了电子器件的发展。半导体自旋电子学的目的就是利用粒子(电子、空穴、激子等)的自旋特性替代或者结合荷电性制备自旋电子器件，与传统电子器件相比，自旋电子器件具有运行速度高，损耗低，适于集成等优点。

目前，磁光隔离器的工作原理是法拉第旋转效应，即在沿光传播方向磁场的作用下，线偏振光通过磁光晶体时，其偏振方向会发生旋转，这种偏振面旋转现象叫磁致旋光效应，旋转角的大小称作法拉第旋转角，其旋转大小与磁场强度、晶体长度和晶体的维尔德常数成正比。采用合适的参数使得光学元件表面反射光的偏振面与入射光正交，从而不能顺利通过光路传播。其中，磁场在磁致旋光效应中起着决定性作用。为了达到阻断光路所需要的旋转角，要求磁场强度高，相应的磁铁体积大，因而器件的总体积就较大，不利于集成电路的发展。而且目前光隔离器主要利用掺杂稀土元素材料，制备成本较高。现在互联网的节点上信息交换速度达到太比特每秒(TB/s)的量级，相应的也要求开关速度必须达到皮秒量级，而传统光开关的开关速度难以满足该要求。

综上所述，现有技术中磁光隔离器磁铁体积大导致器件总体积大，器件制备成本高，以及全光开关的开关速度较慢，难以达到皮秒量级的问题，尚缺乏有效的解决方案。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供杂化钙钛矿纳米材料在制备全光自旋电子器件中的应用。采用杂化钙钛矿纳米材料制备的磁光隔离器无需外加磁场，磁场由光学取向的方法产生，器件体积小，适合光电器件的集成。制备的全光开关的响应速度为皮秒量级，具有高激光损伤阈值，全光开关可以适用于超强飞秒激光中。更重要的是，制备的全光自旋电子器件利用电子的量子特性，不会受到传统电子器件的缺陷约束。另外，杂化钙钛矿纳米材料的成本低廉，大大降低了生产成本。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

杂化钙钛矿纳米材料在制备全光自旋电子器件中的应用。

杂化钙钛矿纳米材料薄膜在制备磁光隔离器中的应用，所述杂化钙钛矿纳米材料结构为ABX₃，其中，A为CH₃NH₃⁺、CH(NH₂)₂⁺或全无机材料Cs⁺，B为Pb²⁺，X为Br^-、Cl^-和I^-中的一种或多种的混合形式。

进一步的，所述杂化钙钛矿纳米材料薄膜的厚度为80-200nm。薄膜太厚可能不透光，需要测量反射光谱，如果太薄，信号太小，探测困难。做成器件的话，要视实际情况决定，测过的最大厚度为200nm。

一种磁光隔离器，由杂化钙钛矿纳米材料制备而成，所述杂化钙钛矿纳米材料为ABX₃，其中，A为CH₃NH₃⁺、CH(NH₂)₂⁺或全无机Cs⁺，B为Pb²⁺，X为Br^-、Cl^-和I^-中的一种或多种的混合形式，杂化钙钛矿纳米材料薄膜的厚度为80-200nm。

进一步的，所述磁光隔离器的法拉第旋转角为20-60°/μm。旋转角的大小与薄膜厚度，激发光波长和强度均有关，测过的最大值可以达到60°/μm。

杂化钙钛矿材料薄膜在制备全光开关中的应用，所述杂化钙钛矿纳米材料结构为ABX₃，其中，A为CH₃NH₃⁺、CH(NH₂)₂⁺或全无机Cs⁺，B为Pb²⁺，X为Br^-、Cl^-和I^-中的一种或多种的混合形式。

进一步的，所述杂化钙钛矿纳米材料薄膜的厚度为80-200nm。