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新華社北京2月10日電（記者張泉、董瑞豐）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(rèn)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(jìn)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。

極化激元“晶體管”的光學(xué)顯微鏡照片。（國家納米科學(xué)中心供圖）

戴慶介紹，光電互聯(lián)（電—光—電轉(zhuǎn)換）是光電融合的重要基礎(chǔ)，現(xiàn)有硅基光電集成方案存在效率低、體積大等問題。如何在微納尺度，甚至原子尺度對光進(jìn)行精準(zhǔn)操控是實現(xiàn)光電高效互聯(lián)最關(guān)鍵的科學(xué)問題。光子不攜帶電荷，且光的傳輸受限于光學(xué)衍射極限，對光子的納米尺度操控并不容易。

此項研究中，研究團隊率先提出利用納米材料的極化激元作為媒介，實現(xiàn)高效光電互聯(lián)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），具有優(yōu)異的光場壓縮能力，可以輕易突破光學(xué)衍射極限從而實現(xiàn)納米尺度上光信息的傳輸和處理。

戴慶介紹，光電互聯(lián)相當(dāng)于光電兩條“高速公路”交匯的“收費站”，而構(gòu)筑極化激元光電互聯(lián)相當(dāng)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。

極化激元“晶體管”的基本原理示意圖。（國家納米科學(xué)中心供圖）

研究團隊設(shè)計并構(gòu)筑了微納尺度的石墨烯/氧化鉬兩種異質(zhì)材料的堆疊結(jié)構(gòu)，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“晶體管”功能，可實現(xiàn)光從常規(guī)正折射到負(fù)折射的動態(tài)調(diào)控。

“這項研究充分發(fā)揮了極化激元對光高壓縮和易調(diào)控的優(yōu)勢，不僅有望實現(xiàn)高效光電互聯(lián)，還可以提供額外的信息處理能力，在促進(jìn)光電融合器件走向大規(guī)模集成方面具有廣闊應(yīng)用前景?！贝鲬c說。

關(guān)鍵詞： 研究團隊 納米尺度