钙钛矿晶体的消色差1/4波片特性

双折射是光学晶体的基本光学特性之一。

当一束光透过双折射晶体，会分解成寻常光（o光）和非常光（e光）。

改变晶体厚度，可以调控两束光的相位差，制备出具有不同偏振调制特性的1/2波片、1/4波片（相位延迟器）等光学元件，在光通信、显示和偏振光学等领域具有重要应用价值。

由于折射率的色散特性，基于传统光学设计方案的波片只能在特定波长工作，不能满足光学系统集成化的发展。

如何制备消色差的波片成为光学领域重要的技术挑战之一。

制造消色差波片的核心是控制每个波长的相位延迟。

消色差1/4波片的制备一般通过多个单轴晶片的黏合，或精确设计的超材料和超表面来实现。

然而，单轴晶片的黏合和超材料的制备都受到加工极限的限制，目前尚没有在可见光波段实现宽光谱消色差1/4波片的简单技术路线。

鉴于此，北京理工大学钟海政教授、张用友副教授、王涌天教授以及兼职教授Greg Scholes教授（普林斯顿大学教授）共同合作，首次报道了基于钙钛矿晶体的宽波段消色差1/4玻片，为这一领域的发展开辟了新的研究方向。

图1：钙钛矿晶体可在宽波段实现线偏振到圆偏振的调制该成果以“Solution-Processed Inorganic Perovskite Crystals as Achromatic Quarter-wave Plates”为题发表在 Nature Photonics。

论文的第一作者是北京理工大学材料学院2021届毕业生陈小梅博士， 2018届毕业生路文高博士、2019届毕业生汤加伦博士是论文的共同作者。

Cs4PbBr6是一类具有零维钙钛矿结构的新材料，其特殊的绿色荧光特性引起了领域内的广泛关注。

研究人员研究了钙钛矿晶体的偏振调制特性，发现了内嵌CsPbBr3纳米晶的Cs4PbBr6晶体的消色差1/4波片特性，在532-800 nm宽波段内可实现消色差的偏振调制。

早在2018年2月，研究人员就已经报道了厘米尺寸Cs4PbBr6晶体的制备和发光特性（相关报道>>>）；2021年7月，研究人员又报道了Cs4PbBr6材料的组分对其发光特性的影响（相关文章>>>），在此基础上制备了两种Cs4PbBr6晶体，分别是没有内嵌CsPbBr3纳米晶的无色晶体和含有内嵌CsPbBr3纳米晶的绿色晶体，其中无色Cs4PbBr6晶体的生长参考了中山大学黄丰教授报道的水相生长方法（相关文章>>>）。

两种晶体为三方晶系，R3C，单轴晶体。

高分辨电镜的结构分析表明内嵌CsPbBr3纳米晶的(112)、(001)、(631)晶面分别与Cs4PbBr6的(100)、(010)、(001)晶面平行，因此所有内嵌CsPbBr3纳米晶具有一致的结构取向。

图2：无色的纯Cs4PbBr6晶体和绿色的内嵌CsPbBr3纳米晶的Cs4PbBr6晶体的结构示意图图3：绿色晶体的STEM表征最近，在2021年10月的报道中，研究人员为了研究两种晶体的偏振调制特性，搭建了如图4所示的测量装置。

图4：偏振调制测试光路示意图测试结果表明，入射光垂直于晶体的(024)晶面，在532 nm和633 nm波长激光入射下，无色晶体对线偏振入射光几乎没有调制，而绿色晶体可以将入射的线偏振光调制为圆偏振光，所获得的左旋和右旋圆偏振光的重复周期符合1/4波片规律。