我国科学家实现极化激元晶体管

2/14/2023，光纤在线讯，国家纳米科学中心研究员戴庆团队充分发挥极化激元作为光的高压缩和易调控优势，成功研制出新型光晶体管，使其能在高低电位之间切换，并充分发挥不同材料的纳米光子学特性，突破了多项性能瓶颈。这不仅有望实现高效光电互联，还能提供额外的信息处理能力，从而进一步提升光电融合系统的性能。相关研究于2月10日在线发表在国际学术期刊《科学》。

　　与电子相比，光子具有速度快、能耗低、容量高等诸多优势，被寄予未来大幅提升信息处理能力的厚望，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。在微纳米乃至原子尺度精准地操控光，是其中最关键的科学问题，但现有硅基光电集成方案存在效率低、体积大等问题，严重制约光电器件之间的信息流转。


图源：环球网

　　在研究中，科研团队率先提出利用极化激元作为光电互联媒介的新思路，历时十余年，实现了极化激元的高效激发、长程传输。他们设计并构筑了微纳尺度的石墨烯和氧化钼范德华异质结构，实现了一种新型电调控光子晶体管，其可实现光正负折射的动态调控，像电子晶体管一样可在“0”“1”两个高低电位之间切换。同时，该研究充分发挥了不同材料的纳米光子学特性，从而突破了传统结构光学方案，如使用超材料和光子晶体在波段、损耗、压缩和调控等多个方面的性能瓶颈。

　　“我们利用电学栅压对极化激元这种光波的折射行为实现了动态调控，使其从常规的正折射转变到奇异的负折射。这就好比可以像操纵电子一样操纵光子，这为将来高性能光电融合器件与系统的发展提供重要促进作用。”戴庆表示，这项研究在应用上面向光电融合器件大规模集成缺乏高效、紧凑光电互联方式的重大需求，在科学上为解决突破衍射极限下高效光电调制的难题提供新思路。“光电互联是光电融合的重要基础，它相当于光、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的速度。”

　　该论文审稿人评价道，这是一项非常有趣的研究，证实了一项非常规的物理现象，为研究纳米尺度的光操控提供了崭新的平台。

（来源：中科院官网）