2 月 12 日消息報道，與電子相比，光子具有速度快、能耗低、容量高等諸多優(yōu)勢，光電融合系統(tǒng)被認為是構(gòu)建下一代高效率、高集成度、低能耗信息器件的重要方向。我國科學(xué)家日前成功創(chuàng)制了極化激元“晶體管”，顯著提升了納米尺度的光操控能力，有望進一步提升光電融合系統(tǒng)的性能。

　　該研究由國家納米科學(xué)中心研究員戴慶團隊完成，相關(guān)成果 10 日在國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》在線發(fā)表。

　　據(jù)國家納米科學(xué)中心公眾號消息，國家納米科學(xué)中心戴慶研究團隊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)揮其對光高壓縮和易調(diào)控的優(yōu)勢。構(gòu)筑光-極化激元-電轉(zhuǎn)換路徑相當(dāng)于將高速公路的收費站改造成立交橋，具有顯著優(yōu)勢：一是效率高，光 / 電激發(fā)材料表面波的效率相比光電效應(yīng)提升潛力巨大;二是集成度高，光波轉(zhuǎn)化成材料表面波可將波長壓縮百倍輕松突破衍射極限，從而顯著提升光模塊集成度;三是算力強，材料表面波具有光子性質(zhì)可進行高效并行計算，從而將現(xiàn)有光電融合的“光傳輸、電計算”拓展成為“光傳輸、電計算 + 光計算”，實現(xiàn)“1+1>2”的效果。

　　在近期的研究工作中，戴慶課題組與合作者發(fā)現(xiàn)了低對稱晶體中極化激元“軸色散”效應(yīng) (Nat. Nanotech. 2023.18.64)，解決了石墨烯等離激元的長程傳輸問題 (Nat. Commun. 2022. 13: 1465)，提出了異質(zhì)結(jié)調(diào)控極化激元的新機制(Nat. Nanotech. 2022.17.940)。

　　在此基礎(chǔ)上，研究團隊設(shè)計并構(gòu)筑了微納尺度的石墨烯 / 氧化鉬范德華異質(zhì)結(jié)，充分發(fā)揮了不同材料的納米光子學(xué)特性，其中，原子層厚度為高度壓縮的光學(xué)模式提供基礎(chǔ)，范德華堆垛滿足了模式雜化的近場匹配，線性能帶結(jié)構(gòu)提供電柵壓調(diào)制的平臺。進而實現(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。研究表明該晶體管可實現(xiàn)光正負折射的動態(tài)調(diào)控，為構(gòu)筑與非門等光邏輯單元提供了基礎(chǔ)。這一研究在應(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。