薄膜 strontium titanate 器件中的低温压电效应

下一代量子技术将依赖于在电、光、机械量子自由度之间实现高效互变，以在大距离范围内产生大规模纠缠。此类换能器的性能受限于基础材料的低温特性。本文展示，工程应变于铋钛钇薄膜 ($\mathrm{SrTiO_3}$) 不仅产生异常大的 Pockels 系数，还在低温下保持稳健的线性压电响应，超越了以往薄膜基准。我们测得压电张量元素 $d_{15} = 151.8 \pm 1.5$ pm/V 和 $d_{33} = 54.8 \pm 4$ pm/V，有效光色系数 $p_{\mathrm{eff}}$ = 0.56（5~K）。利用这些增强特性，我们实现首个 $\mathrm{SrTiO_3}$-on-oxide 声光调制器，电压-长度乘积 ($V_{\pi}L$) 为 $0.874 \pm 0.084$ V cm，优于具备数 V cm $V_{\pi}L$ 的最先进未公开调制器。我们的结果将薄膜 $\mathrm{SrTiO_3}$ 确立为 cryogenic 集成量子光子学的有前景材料体系。