Elektro-optische materialen worden gebruikt om lichtsignalen te moduleren met elektrische velden, wat essentieel is voor datacommunicatie en optische schakelingen. Voor kwantumtoepassingen is die technologie nog uitdagender: kwantum computers en -detectoren werken bij temperaturen rond 4 Kelvin (-269°C), waar de meeste materialen hun optische eigenschappen verliezen.

Imec-onderzoekers, in samenwerking met KULeuven en Universiteit Gent, slaagden erin een strontiumtitanaatfilm te optimaliseren die juist bij zulke lage temperaturen beter presteert dan bij kamertemperatuur. De dunne film combineert een sterke elektro-optische werking met minimale optische verliezen, wat een unicum is in het vakgebied.

Het team onder leiding van Christian Haffner rapporteert een effectieve Pockels-coëfficiënt van 345 picometer per volt - de hoogste waarde ooit gemeten voor een dunnefilm-elektro-optisch materiaal bij 4 Kelvin. Die coëfficiënt geeft aan in welke mate een elektrisch veld de brekingsindex van een materiaal verandert en bepaalt dus hoe efficiënt licht kan worden gestuurd.

De ontdekking kan de ontwikkeling van nieuwe componenten voor kwantumtechnologie aanzienlijk versnellen. Met zulke hoogperformante dunne films kunnen in de toekomst elektro-optische schakelaars, modulatoren en transducers worden gebouwd die supergeleidende processors koppelen aan optische netwerken. Dat is een cruciale stap richting geïntegreerde kwantumcommunicatie en fotonische kwantum-chips.

Een parallel onderzoek, geleid door Stanford University in samenwerking met imec, toont bovendien aan dat de elektro-optische respons van strontiumtitanaat bij lage temperatuur verder kan worden bijgestuurd en uitgebreid. Samen illustreren de twee studies hoe het materiaal kan worden geïntegreerd op wafers voor grootschalige productie van fotonische chips.

Met deze doorbraak verstevigt imec zijn positie als toonaangevend onderzoekscentrum in halfgeleider- en kwantumtechnologie, en levert het een fundamentele bijdrage tot de volgende generatie kwantumtoepassingen.

Meer info: 016/28.12.11 of https://www.imec.be