我科学家成功创制极化激元“晶体管”

  【科技前沿】

  本报北京2月10日电（记者齐芳）如何在原子尺度对光进行精准操控？这是关系着未来高性能信息器件的关键科学问题，也是这一领域科学家关注的焦点问题。

  国家纳米科学中心戴庆研究团队率先提出利用极化激元作为光电互联媒介的新思路，充分发挥它对光的高压缩和易调控优势，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，从而进一步提升光电融合系统的性能。相关研究于北京时间2月10日在线发表于国际学术期刊《科学》，审稿人评价：“这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。”

  与电子相比，光子具有速度快、能耗低、容量高等诸多优势，因此光电融合系统被认为是构建下一代信息器件的重要方向。光电互联（电—光—电转换）是光电融合的重要基础，它相当于光电两条“高速公路”交会的“收费站”。现在，这个“收费站”经常拥堵——传统硅基光电集成方案存在效率低、体积大等问题，而光子则因为不携带电荷且传输受限于光学衍射极限，难以实现纳米尺度局域和操控。

  戴庆团队在实现极化激元的高效激发和长程传输基础上，设计并构筑了微纳尺度的石墨烯/氧化钼范德华异质结，实现了用一种极化激元调控另一种极化激元开关的“光晶体管”功能。戴庆介绍：“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）。它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。”研究表明，该晶体管可实现光正负折射的动态调控，类似电子晶体管能切换（1,0）两个高低电位，为构筑与非门等光逻辑单元提供重要基础。

  “这相当于将‘收费站’改造成‘立交桥’，将现有光电融合的‘光传输、电计算’拓展成为‘光传输、电计算+光计算’，实现1+1>2的效果，具有效率高、集成度高、算力强等显著优势。”戴庆说，“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了新思路。”