我国科学家成功创制极化激元“晶体管” 显著提升纳米尺度光操控能力

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新华社北京2月10日电（记者张泉、董瑞丰）与电子相比，光子具有速度快、能耗低、容量高等诸多优势，光电融合系统被认为是构建下一代高效率、高集成度、低能耗信息器件的重要方向。我国科学家日前成功创制了极化激元“晶体管”，显著提升了纳米尺度的光操控能力，有望进一步提升光电融合系统的性能。

该研究由国家纳米科学中心研究员戴庆团队完成，相关成果10日在国际学术期刊《科学》在线发表。

极化激元“晶体管”的光学显微镜照片。（国家纳米科学中心供图）

戴庆介绍，光电互联（电—光—电转换）是光电融合的重要基础，现有硅基光电集成方案存在效率低、体积大等问题。如何在微纳尺度，甚至原子尺度对光进行精准操控是实现光电高效互联最关键的科学问题。光子不携带电荷，且光的传输受限于光学衍射极限，对光子的纳米尺度操控并不容易。

此项研究中，研究团队率先提出利用纳米材料的极化激元作为媒介，实现高效光电互联的新思路。极化激元是一种由入射光与材料表界面相互作用形成的特殊电磁模式（表面波），具有优异的光场压缩能力，可以轻易突破光学衍射极限从而实现纳米尺度上光信息的传输和处理。

戴庆介绍，光电互联相当于光电两条“高速公路”交汇的“收费站”，而构筑极化激元光电互联相当于将“收费站”改造成“立交桥”，从而大幅增加通道和提升信息处理速度。

极化激元“晶体管”的基本原理示意图。（国家纳米科学中心供图）

研究团队设计并构筑了微纳尺度的石墨烯/氧化钼两种异质材料的堆叠结构，实现了用一种极化激元调控另一种极化激元开关的“晶体管”功能，可实现光从常规正折射到负折射的动态调控。

“这项研究充分发挥了极化激元对光高压缩和易调控的优势，不仅有望实现高效光电互联，还可以提供额外的信息处理能力，在促进光电融合器件走向大规模集成方面具有广阔应用前景。”戴庆说。

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