近年來，壓電光子學作為一個新興的研究領域吸引了學者們的廣泛關注。壓電光子學器件具有遠程檢測、無損分析和可重復性等優點，在應力傳感、新型光源和顯示、結構健康診斷、三維手寫等諸多領域具有廣闊的應用前景。

據麥姆斯咨詢報道，近期，中國科學院北京納米能源與系統研究所王龍飛研究員針對該領域的研究進行了綜述分析，在《中國科學》期刊發表了題為“壓電光子學效應及其應用”的綜述文章，介紹了壓電光子學效應的基本原理、材料體系以及壓電光子學器件的研究進展，并對這一學科的未來發展進行了展望。

壓電光子學效應的基本原理及材料體系

壓電光子學效應是壓電半導體中的壓電特性和光激發的耦合效應，是利用強壓電場調控局部能帶結構、激發摻雜引入的發光中心進而控制發光過程。

壓電光子學效應為新光源、智能觸覺傳感和機械光子學等重要技術提供了研究基礎，尤其結合第三代、第四代半導體材料同時具有壓電效應和半導體特性的優勢，有望實現高性能的力-致發光器件。

壓電光子學效應的原理及其應用

壓電光子學器件的研究進展

基于多模發光材料實現可視化和非接觸式傳感對于柔性光電子、信息加密和基礎設施監控至關重要。然而，光學傳感器的發展受到高性能發光功能材料的限制。在光電傳感應用方面，Zhao等人通過將過渡金屬和鑭系元素離子共摻雜，成功合成了基于四元壓電光子半導體MZnOS (M=Ca, Sr, Ba)微晶的高效智能多模發光材料。結果表明，這種多功能光學材料在先進的光學傳感和防偽應用中具有巨大潛力。

Zhao等人提出的基于四元壓電光子半導體微晶的高效智能多模發光材料

在發光器件應用方面，Wong等人提出了一種結合磁效應和壓電光子學效應的新概念磁致發光（MIL），開發了由磁致動器和發光顆粒組成的MIL復合層壓板。該層壓板由金屬離子摻雜的ZnS+PDMS和Fe-Ni-Co合金+PDMS組成，通過應變與介導的耦合，從復合材料中觀察到MIL現象。這種新型器件能夠感測或轉換動態磁動作，且無需對設備使用外部電源。該器件為遠程磁光傳感器、存儲設備、能量收集器、無損環境監視和刺激響應多模態生物成像等提供了更多的可能性。

Wong等人提出的基于應變介導和力致發光的磁致發光效應示意圖

在生化領域，壓電光子材料吸收的短激光脈沖產生的光聲（PA）波被證明可使角質層對大分子和蛋白質產生滲透作用。壓電光子材料的特點是高光壓轉換效率和隨著激光脈沖持續產生PA波，這些特征相結合產生了具有陡峭壓力梯度的寬帶壓力波，能夠使角質層滲透。Sá等人使用具有大的格呂尼森系數的薄型材料改善了光壓轉導，并在這些材料中加入一種染料，該染料提升了壓電光子材料的性能，使角質層對大分子和蛋白質能夠瞬時滲透。

Sá等人開展的基于壓電光聲（PA）效應的應用研究

研究展望

壓電光子學的研究工作目前取得了很大進展，不過，仍有許多問題值得關注。

（1）在機理上，深入理解這種普遍的能量轉換機制依舊至關重要，同時，進一步提高通過外部機械刺激收集到的能量也非常必要。

（2）在材料方面，應變場的引入為半導體材料的多場耦合研究打開了一扇嶄新的大門。結合壓電光子學效應和第三代、第四代半導體，有望實現新突破。此外，二維壓電半導體材料具有優越的柔韌性和機械強度，以及自身超薄特性帶來的優異光學透明度和對外部刺激的快速響應，這些性質在開發超薄和柔性發光器件方面至關重要。

（3）在器件設計方面，可以通過精準構筑原子層級結構的可控制備和二維應力設計，發展原子級三維應力調控和外延應力固化的新方法，通過精準設計與調控器件內的應力分布，將外應力轉換為晶體結構應力穩定固化，開發預應力封裝等技術充分利用應力應變產生的壓電極化。

（4）由于壓電光子學是壓電半導體的壓電特性和光激發雙向耦合的結果，需要設計具體的實驗方法和標準來表征壓電光子學效應和量化相關材料和器件系統的特性，這將有利于建立合成新型應力發光材料和探究相關器件應用的指導方針和發展路線，進一步促進壓電光子學的發展。

審核編輯：劉清