我国科学家创制极化激元“晶体管”，显著提升纳米尺度光操控能力

新京报讯（记者张璐）纳米尺度的光电融合是未来高性能信息器件的重要发展路线。如何在微纳，甚至原子尺度对光进行精准操控，是其中最关键的科学问题。国家纳米科学中心的戴庆研究团队率先提出利用极化激元作为光电互联媒介的新思路。相关研究于2月10日在线发表在国际学术期刊《科学》上。

极化激元“晶体管”的光学显微镜照片。国家纳米科学中心供图

与电子相比，光子具有速度快、能耗低、容量高等诸多优势，被寄予未来大幅提升信息处理能力的厚望。因此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。

光电互联（电-光-电转换）是光电融合的基础，它相当于光电两条高速公路交会处的收费站。而现有硅基光电集成方案存在效率低（依赖多次光电效应）、体积大（光模块无法突破衍射极限）等问题，严重制约光电器件之间的信息流转。光子不携带电荷且光的传输受限于光学衍射极限，相比于能轻易通过电学调控的电子，对光子的纳米尺度局域和操控并不容易。

研究团队率先提出利用极化激元作为光电互联媒介的新思路。极化激元是一种由入射光与材料表界面相互作用形成的特殊电磁模式（表面波）。它具有优异的光场压缩能力，可以轻易突破光学衍射极限，从而实现纳米尺度上光信息的传输和处理。

该团队通过十多年的不懈努力，实现了极化激元的高效激发和长程传输。在此基础上，成功创制了极化激元“晶体管”。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，具有效率高、集成度高、算力强等优势。

团队负责人戴庆研究员指出，“我们利用电学栅压对极化激元这种光波的折射行为实现了动态调控，使其从常规的正折射转变到奇异的负折射。这就好比可以像操纵电子一样操纵光子，为将来高性能光电融合器件与系统的发展提供重要促进作用。这项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新思路。”

编辑 刘梦婕

校对 赵琳