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我國科學家成功創(chuàng)制極化激元“晶體管” 有望進一步提升光電融合系統(tǒng)性能

2023-02-12 13:57:18   作者:   來源:IT之家   評論:0  點擊:


  2 月 12 日消息報道,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)被認為是構建下一代高效率、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,有望進一步提升光電融合系統(tǒng)的性能。

  該研究由國家納米科學中心研究員戴慶團隊完成,相關成果 10 日在國際學術期刊《科學》在線發(fā)表。

  據國家納米科學中心公眾號消息,國家納米科學中心戴慶研究團隊提出利用極化激元作為光電互聯(lián)媒介的新思路,充分發(fā)揮其對光高壓縮和易調控的優(yōu)勢。構筑光-極化激元-電轉換路徑相當于將高速公路的收費站改造成立交橋,具有顯著優(yōu)勢:一是效率高,光 / 電激發(fā)材料表面波的效率相比光電效應提升潛力巨大;二是集成度高,光波轉化成材料表面波可將波長壓縮百倍輕松突破衍射極限,從而顯著提升光模塊集成度;三是算力強,材料表面波具有光子性質可進行高效并行計算,從而將現(xiàn)有光電融合的“光傳輸、電計算”拓展成為“光傳輸、電計算 + 光計算”,實現(xiàn)“1+1>2”的效果。

  在近期的研究工作中,戴慶課題組與合作者發(fā)現(xiàn)了低對稱晶體中極化激元“軸色散”效應 (Nat. Nanotech. 2023.18.64),解決了石墨烯等離激元的長程傳輸問題 (Nat. Commun. 2022. 13: 1465),提出了異質結調控極化激元的新機制(Nat. Nanotech. 2022.17.940)。

  在此基礎上,研究團隊設計并構筑了微納尺度的石墨烯 / 氧化鉬范德華異質結,充分發(fā)揮了不同材料的納米光子學特性,其中,原子層厚度為高度壓縮的光學模式提供基礎,范德華堆垛滿足了模式雜化的近場匹配,線性能帶結構提供電柵壓調制的平臺。進而實現(xiàn)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。研究表明該晶體管可實現(xiàn)光正負折射的動態(tài)調控,為構筑與非門等光邏輯單元提供了基礎。這一研究在應用上面向光電融合器件大規(guī)模集成缺乏高效、緊湊光電互聯(lián)方式的重大需求,在科學上為解決突破衍射極限下高效光電調制的難題提供了新思路。

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