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【資料圖】

國(guó)家納米科學(xué)中心研究員戴慶團(tuán)隊(duì)充分發(fā)揮極化激元作為光的高壓縮和易調(diào)控優(yōu)勢(shì)，成功研制出新型光晶體管，使其能在高低電位之間切換，并充分發(fā)揮不同材料的納米光子學(xué)特性，突破了多項(xiàng)性能瓶頸。這不僅有望實(shí)現(xiàn)高效光電互聯(lián)，還能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2月10日在線發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。

與電子相比，光子具有速度快、能耗低、容量高等諸多優(yōu)勢(shì)，被寄予未來(lái)大幅提升信息處理能力的厚望，光電融合系統(tǒng)被認(rèn)為是構(gòu)建下一代高效率、高集成度、低能耗信息器件的重要方向。在微納米乃至原子尺度精準(zhǔn)地操控光，是其中最關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題，但現(xiàn)有硅基光電集成方案存在效率低、體積大等問(wèn)題，嚴(yán)重制約光電器件之間的信息流轉(zhuǎn)。

在研究中，科研團(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，歷時(shí)十余年，實(shí)現(xiàn)了極化激元的高效激發(fā)、長(zhǎng)程傳輸。他們?cè)O(shè)計(jì)并構(gòu)筑了微納尺度的石墨烯和氧化鉬范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了一種新型電調(diào)控光子晶體管，其可實(shí)現(xiàn)光正負(fù)折射的動(dòng)態(tài)調(diào)控，像電子晶體管一樣可在“0”“1”兩個(gè)高低電位之間切換。同時(shí)，該研究充分發(fā)揮了不同材料的納米光子學(xué)特性，從而突破了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)光學(xué)方案，如使用超材料和光子晶體在波段、損耗、壓縮和調(diào)控等多個(gè)方面的性能瓶頸。

“我們利用電學(xué)柵壓對(duì)極化激元這種光波的折射行為實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)調(diào)控，使其從常規(guī)的正折射轉(zhuǎn)變到奇異的負(fù)折射。這就好比可以像操縱電子一樣操縱光子，這為將來(lái)高性能光電融合器件與系統(tǒng)的發(fā)展提供重要促進(jìn)作用?！贝鲬c表示，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)制的難題提供新思路。“光電互聯(lián)是光電融合的重要基礎(chǔ)，它相當(dāng)于光、電兩條高速公路交匯的‘收費(fèi)站’，而構(gòu)筑極化激元光電互聯(lián)相當(dāng)于將‘收費(fèi)站’改造成‘立交橋，’從而大幅增加通道和提升信息處理的速度?！?/strong>

該論文審稿人評(píng)價(jià)道，這是一項(xiàng)非常有趣的研究，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)。

來(lái)源 北京日?qǐng)?bào)客戶端 | 記者 劉蘇雅

編輯 王瓊