我国科学家实现极化激元“晶体管”，显著提升纳米尺度光操控能力

IT之家 2 月 12 日消息，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。

IT之家了解到，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。

据国家纳米科学中心公众号消息，国家纳米科学中心戴庆研究团队提出利用极化激元作为光电互联媒介的新思路，充分发挥其对光高压缩和易调控的优势。构筑光-极化激元-电转换路径相当于将高速公路的收费站改造成立交桥，具有显著优势：一是效率高，光 / 电激发材料表面波的效率相比光电效应提升潜力巨大；二是集成度高，光波转化成材料表面波可将波长压缩百倍轻松突破衍射极限，从而显著提升光模块集成度；三是算力强，材料表面波具有光子性质可进行高效并行计算，从而将现有光电融合的“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。

在近期的研究工作中，戴庆课题组与合作者发现了低对称晶体中极化激元“轴色散”效应 (Nat. Nanotech. 2023,18,64)，解决了石墨烯等离激元的长程传输问题 (Nat. Commun. 2022, 13: 1465)，提出了异质结调控极化激元的新机制（Nat. Nanotech. 2022,17,940）。

在此基础上，研究团队设计并构筑了微纳尺度的石墨烯 / 氧化钼范德华异质结，充分发挥了不同材料的纳米光子学特性，其中，原子层厚度为高度压缩的光学模式提供基础，范德华堆垛满足了模式杂化的近场匹配，线性能带结构提供电栅压调制的平台。进而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。研究表明该晶体管可实现光正负折射的动态调控，为构筑与非门等光逻辑单元提供了基础。这一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。

图：.极化激元晶体管的基本原理，通过在氧化钼上覆盖石墨烯构筑范德华异质结，天线激发极化激元传输穿过界面后形成负折射。