近期，上海光机所光芯片集成研发中心王俊研究员团队在飞秒激光诱导二氧化钒相变方面取得进展，相关成果以“Femtosecond laser－induced phase transition in VO2 films”为题发表于Optics Express。
金属氧化物中的半导体－金属相变由于其在凝聚态物理中的科学意义及其在多种应用中的可能性而备受关注。其中，二氧化钒由于室温下的相变特性，在飞秒激光诱导下相变可以在亚皮秒时间尺度上触发，并且具有极高的响应速率和显著的光学特性变化，是一种具有重要基础研究和实用价值的独特材料。
研究团队通过磁控溅射技术制备了不同厚度的二氧化钒薄膜，相变温度在330－348 K之间，并具有明显的热滞回线。采用变温Z扫描实验装置研究了1040 nm飞秒激光诱导下二氧化钒薄膜的光响应。低重频（10 kHz）下，二氧化钒薄膜保持了半导体相的特性，具有明显的非线性吸收特性。当脉冲激光重频高于50 kHz时，发生了半导体到金属相变，同时非线性光学特性从双光子吸收转变为饱和吸收。此外，随着温度的升高激光诱导相变的开启阈值降低。在这种情况下，相变主要是由激光脉冲的热积累引起的。利用光学手段研究二氧化钒飞秒激光诱导下的光学性能变化及其相变机制，在超快时间尺度内实现二氧化钒相变控制，将有利于其在存储器件、超快光开关和双稳态光电子器件等方面的潜在应用。
该工作得到了国家自然科学基金、中科院青年创新促进会等项目的支持。
图1 （a） VO2薄膜透过率随温度的变化曲线。（b）300 K，VO2薄膜在不同激光能量下的Z扫描结果。