電調控光子“晶體管”的關鍵：氧化鉬複合材料

據悉，近期國家納米科學中心的戴慶團隊在納米尺度光電互聯領域研究取得了新突破，相關成果已發表在國際學術期刊《科學》上。該研究團隊製備了一種新型結構的氧化鉬複合材料——微納尺度的石墨烯/氧化鉬兩種异質材料的堆叠結構，實現了極化激元的高效激發和長程傳輸，幷創制了一種新型的電調控光子“晶體管”。

爲了提高信息處理的能力，光電融合系統被寄予厚望。戴慶表示，光電融合能够發揮光傳輸、電計算的優勢，是後摩爾時代的重要技術路綫。然而，由于光子不携帶電荷且光的傳輸受限于光學衍射極限，因而導致光子的納米尺度調控較艱難。

爲了解决上述的問題，研究團隊率提出了利用納米材料的極化激元作爲媒介，實現了高效光電互聯的新思路。極化激元是一種由入射光與材料表界面相互作用形成的特殊電磁模式（表面波），也是一種光子與物質耦合形成的准粒子，具有優异的光場壓縮能力，能輕易突破光學衍射極限，從而實現納米尺度上光信息的傳輸和處理。

戴慶表示，光電互聯相當于光電兩條“高速公路”交匯的“收費站”，而構築極化激元光電互聯相當于將“收費站”改造成“立交橋”，從而大幅增加通道和提升信息處理速度。

經過一系列的研究，戴慶團隊設計幷構築了石墨烯和氧化鉬范德華材料的异質結構，實現了用一種極化激元調控另一種極化激元開關的“光晶體管”功能。

總的來說，該研究充分發揮了不同材料的納米光子學特性，從而突破了傳統結構光學方案，如使用超材料和光子晶體等在波段、損耗、壓縮和調控等多個方面的性能瓶頸。該研究大幅提高了納米尺度光波的精確操控水平，爲納米尺度光操控提供新方法，有望應用于光電融合器件等諸多領域。

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