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【環(huán)球網(wǎng)科技綜合報(bào)道】2月13日消息，記者從中科院官網(wǎng)了解到，納米尺度的光電融合是未來(lái)高性能信息器件的重要發(fā)展路線。如何在微納甚至原子尺度對(duì)光進(jìn)行精準(zhǔn)操控是其中的關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題。對(duì)此，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心研究員戴慶研究團(tuán)隊(duì)率先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)揮它對(duì)光的高壓縮和易調(diào)控優(yōu)勢(shì)，不僅有望實(shí)現(xiàn)高效光電互聯(lián)，而且可以提供額外的信息處理能力，從而進(jìn)一步提升光電融合系統(tǒng)的性能。

近日，相關(guān)研究成果以“Gate-tunable negative refraction of mid-infrared polaritons”為題，發(fā)表在《科學(xué)》（Science）上。該論文審稿人評(píng)價(jià)道，“這證實(shí)了一項(xiàng)非常規(guī)的物理現(xiàn)象，為研究納米尺度的光操控提供了嶄新的平臺(tái)。”

據(jù)了解，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)十多年的努力，實(shí)現(xiàn)了極化激元的高效激發(fā)和長(zhǎng)程傳輸。在此基礎(chǔ)上，研究設(shè)計(jì)并構(gòu)筑了微納尺度的石墨烯/氧化鉬范德華異質(zhì)結(jié)，實(shí)現(xiàn)了用一種極化激元調(diào)控另一種極化激元開(kāi)關(guān)的“光晶體管”功能。

研究表明，該晶體管可實(shí)現(xiàn)光正負(fù)折射的動(dòng)態(tài)調(diào)控，類似電子晶體管能切換（1,0）兩個(gè)高低電位，為構(gòu)筑與非門(mén)等光邏輯單元奠定了重要基礎(chǔ)。該研究充分發(fā)揮了不同材料的納米光子學(xué)特性，從而突破了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)光學(xué)方案如使用人工結(jié)構(gòu)（超材料和光子晶體等）在波段、損耗、壓縮和調(diào)控等方面的性能瓶頸。

戴慶團(tuán)隊(duì)以攻克高速光電互聯(lián)這一世界技術(shù)難題為目標(biāo)，提出以納米材料的表面波（極化激元）為媒介，實(shí)現(xiàn)高效光電互聯(lián)的新思路。構(gòu)筑光-極化激元-電轉(zhuǎn)換路徑相當(dāng)于將高速公路的收費(fèi)站改造成立交橋，具有顯著優(yōu)勢(shì)：一是效率高，光/電激發(fā)材料表面波的效率相比光電效應(yīng)提升潛力巨大；二是集成度高，光波轉(zhuǎn)化成材料表面波可將波長(zhǎng)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(qiáng)，材料表面波具有光子性質(zhì)可進(jìn)行高效并行計(jì)算，從而將現(xiàn)有光電融合的“光傳輸、電計(jì)算”拓展成為“光傳輸、電計(jì)算+光計(jì)算”，實(shí)現(xiàn)“1+1>2”的效果。

戴慶提出，”我們利用電學(xué)柵壓對(duì)極化激元這種光波的折射行為實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)調(diào)控，使其從常規(guī)的正折射轉(zhuǎn)變到奇異的負(fù)折射。這好比可以像操縱電子一樣操縱光子，為將來(lái)高性能光電融合器件與系統(tǒng)的發(fā)展提供重要促進(jìn)作用。這一研究在應(yīng)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(xué)上為解決突破衍射極限下高效光電調(diào)制的難題提供了新思路。 ”