快播：我科學(xué)家成功創(chuàng)制極化激元“晶體管”

(資料圖)

如何在原子尺度對光進(jìn)行精準(zhǔn)操控？這是關(guān)系著未來高性能信息器件的關(guān)鍵科學(xué)問題，也是這一領(lǐng)域科學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)問題。

國家納米科學(xué)中心戴慶研究團(tuán)隊(duì)率先提出利用極化激元作為光電互聯(lián)媒介的新思路，充分發(fā)揮它對光的高壓縮和易調(diào)控優(yōu)勢，不僅有望實(shí)現(xiàn)高效光電互聯(lián)，還可以提供額外的信息處理能力，從而進(jìn)一步提升光電融合系統(tǒng)的性能。相關(guān)研究于北京時(shí)間2月10日在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》，審稿人評價(jià)：“這證實(shí)了一項(xiàng)非常規(guī)的物理現(xiàn)象，為研究納米尺度的光操控提供了嶄新的平臺(tái)。”

與電子相比，光子具有速度快、能耗低、容量高等諸多優(yōu)勢，因此光電融合系統(tǒng)被認(rèn)為是構(gòu)建下一代信息器件的重要方向。光電互聯(lián)（電—光—電轉(zhuǎn)換）是光電融合的重要基礎(chǔ)，它相當(dāng)于光電兩條“高速公路”交會(huì)的“收費(fèi)站”。現(xiàn)在，這個(gè)“收費(fèi)站”經(jīng)常擁堵——傳統(tǒng)硅基光電集成方案存在效率低、體積大等問題，而光子則因?yàn)椴粩y帶電荷且傳輸受限于光學(xué)衍射極限，難以實(shí)現(xiàn)納米尺度局域和操控。

戴慶團(tuán)隊(duì)在實(shí)現(xiàn)極化激元的高效激發(fā)和長程傳輸基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并構(gòu)筑了微納尺度的石墨烯/氧化鉬范德華異質(zhì)結(jié)，實(shí)現(xiàn)了用一種極化激元調(diào)控另一種極化激元開關(guān)的“光晶體管”功能。戴慶介紹：“極化激元是一種由入射光與材料表界面相互作用形成的特殊電磁模式（表面波）。它具有優(yōu)異的光場壓縮能力，可以輕易突破光學(xué)衍射極限從而實(shí)現(xiàn)納米尺度上光信息的傳輸和處理。”研究表明，該晶體管可實(shí)現(xiàn)光正負(fù)折射的動(dòng)態(tài)調(diào)控，類似電子晶體管能切換（1,0）兩個(gè)高低電位，為構(gòu)筑與非門等光邏輯單元提供重要基礎(chǔ)。

“這相當(dāng)于將‘收費(fèi)站’改造成‘立交橋’，將現(xiàn)有光電融合的‘光傳輸、電計(jì)算’拓展成為‘光傳輸、電計(jì)算+光計(jì)算’，實(shí)現(xiàn)1+1>2的效果，具有效率高、集成度高、算力強(qiáng)等顯著優(yōu)勢。”戴慶說，“這項(xiàng)研究在應(yīng)用上面向光電融合器件大規(guī)模集成缺乏高效、緊湊光電互聯(lián)方式的重大需求，在科學(xué)上為解決突破衍射極限下高效光電調(diào)制的難題提供了新思路。”

關(guān)鍵詞： 極化激元 衍射極限 重要基礎(chǔ)