[发明专利]作为电光材料的复合有机-无机钙钛矿结构晶体

说明书

一类晶体包括无机晶格，有机分子嵌入所述无机晶格中，从而实现宏观电光响应。所述晶格基于金属卤化物钙钛矿结构。所述有机分子可以具有本征偶极子，使得当在所述无机晶格中对齐和固定到位时，它们在宏观晶体中产生电光响应。或者，所述有机分子仅仅存在于结构中就可以在支架本身中产生足够的极性，以获得类似的响应。所述分子本身可以包括完全导电、部分导电或不导电的碳链，以及实现与晶格键合和增强极性的零个、一个或两个官能团。

相关申请交叉引用

本申请要求于2020年10月9日提交的申请号为17/067,213、发明名称为“作为电光材料的复合有机-无机钙钛矿结构晶体(HYBRID ORGANIC-INORGANIC PEROVSKITE-STRUCTURED CRYSTALS AS ELECTRO-OPTIC MATERIALS)”的美国专利申请以及2020年6月26日提交的申请号为63/044,883、发明名称为“作为电光材料的复合有机-无机钙钛矿结构晶体(HYBRID ORGANIC-INORGANIC PEROVSKITE-STRUCTURED CRYSTALS AS ELECTRO-OPTICMATERIALS)”的美国专利申请的权益和优先权，其全部内容通过引用并入本文中。

技术领域

本发明大体上涉及电光材料领域，尤其涉及电光效应改进(尤其是电光系数更大)的特定晶体结构。

背景技术

传统的片上光调制器是使用硅p-n结制造的。这些调制器能够提供硅光子应用所需的速度和调制深度。然而，基于p-n结的调制器通常导致高光损耗，并且通常需要大的占用空间。替代材料和设备是可用的，但它们有自己的局限性。具体地，有机电光材料可以提供所有所需的性能特性，但由于材料不稳定，它们失去了优势。其他材料包括无机晶体，如LiNbO₃，但这一类材料集成到硅光子架构中的能力受限。

因此，需要一种可以通过提供硅光子应用所需的速度和调制深度、低光学损耗、标准操作条件下的稳定性以及与硅光子架构的兼容性来消除或减少现有技术中一个或多个局限性的材料，具体是因为该材料可以在硅光子芯片上实现占用空间小的调制器。

背景技术的目的是揭示申请人认为可能与本发明相关的信息。没有必要承认也不应解释任何前述信息构成与本发明相对的现有技术。

发明内容

本发明涉及一类新的材料，这种材料可以将无机材料的稳定性与某些能够与硅光子芯片集成的有机材料的高电光(electro-optic，EO)性能结合起来。新的EO材料能够提供高效率，从而使得光子芯片的占用空间更小。

与有机EO材料类似，新的有机-无机EO材料的EO响应是由分子碳链上的受体和供体基团提供的。该碳链可以固定在钙钛矿结构内。在一些实施例中，使用2.5维钙钛矿结构。在一些实施例中，可以使用二维(two-dimensional，2D)钙钛矿结构。无机钙钛矿支架的稳定性和钙钛矿内部EO分子的设计相结合，可以产生新材料的稳定、高效性能。

一些实施例可以掺入有机分子，其中，有机分子被设计成功能性以在所述钙钛矿晶体中产生大的宏观偶极矩。

此外，在本发明的实施例中，将有机分子结合到支架上的配体可以设计为非中心对称(但不是必须)，有助于大的本征偶极子和相应大的EO响应。配体及其产生偶极子的官能团的设计有一个限制，即它需要能够适应无机支架。也没有提出用于这些目的的配体的合理设计。

以下实施例描述了杂交分子嵌入的钙钛矿结构晶体的不同构型和设计。

附图说明

图1示出了无机钙钛矿结构支架的实施例，其中，在所述无机钙钛矿结构支架中已经嵌入有机分子，每个有机分子具有两个官能团。每个分子的定向使其纵向极化平行于a轴。

图2示出了无机钙钛矿结构支架的实施例，其中，在所述无机钙钛矿结构支架中已经嵌入有机分子，每个有机分子具有一个官能团。每个分子的定向使其纵向极化平行于a轴。