Титанат бария — электрооптический материал, способный управлять скоростью распространения света с помощью электрического напряжения. Это свойство давно привлекает разработчиков оптических чипов, однако создание на кремнии идеально ровной эпитаксиальной плёнки оставалось нерешённой задачей. Процесс напоминал попытку собрать пазл во время землетрясения — хаотичный рост кристаллической решётки нарушал однородность слоя.

Новый метод синтеза позволил избавиться от этого хаоса: молекулы прекурсоров самостоятельно выстраиваются в безупречный кристаллический порядок благодаря процессу самоорганизации. Аналогия с магнитными кусочками, занимающими только строго определённые положения, хорошо иллюстрирует суть, хотя в реальности упорядочивание происходит за счёт минимизации поверхностной энергии и эпитаксиального сопряжения с подложкой. На стандартной 100-миллиметровой кремниевой пластине сформировалась плёнка, в которой атомные слои настолько ровные, что их можно различить с помощью просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения.

Ключевой параметр — электрооптический коэффициент — достиг рекордных 248 пм/В. Это означает, что даже напряжения от обычной батарейки достаточно, чтобы изменить ход светового луча сильнее, чем это делает традиционная оптическая линза. Такой эффект достигается за счёт линейного электрооптического эффекта Поккельса: приложенное электрическое поле изменяет показатель преломления кристалла, заставляя световую волну в нём ускоряться или замедляться.

Достигнутый прогресс приближает эру недорогих фотонных интегральных схем, где свет будет использоваться для мгновенных оптических измерений и создания компактных спектрометров для медицинской диагностики.