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【環球網科技綜合報道】2月13日消息，記者從中科院官網了解到，納米尺度的光電融合是未來高性能信息器件的重要發展路線。如何在微納甚至原子尺度對光進行精準操控是其中的關鍵的科學問題。對此，中國科學院國家納米科學中心研究員戴慶研究團隊率先提出利用極化激元作為光電互聯媒介的新思路，充分發揮它對光的高壓縮和易調控優勢，不僅有望實現高效光電互聯，而且可以提供額外的信息處理能力，從而進一步提升光電融合系統的性能。
近日，相關研究成果以“Gate-tunable negative refraction of mid-infrared polaritons”為題，發表在《科學》（Science）上。該論文審稿人評價道，“這證實了一項非常規的物理現象，為研究納米尺度的光操控提供了嶄新的平臺。”
據了解，該團隊通過十多年的努力，實現了極化激元的高效激發和長程傳輸。在此基礎上，研究設計并構筑了微納尺度的石墨烯/氧化鉬范德華異質結，實現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，該晶體管可實現光正負折射的動態調控，類似電子晶體管能切換（1,0）兩個高低電位，為構筑與非門等光邏輯單元奠定了重要基礎。該研究充分發揮了不同材料的納米光子學特性，從而突破了傳統結構光學方案如使用人工結構（超材料和光子晶體等）在波段、損耗、壓縮和調控等方面的性能瓶頸。
戴慶團隊以攻克高速光電互聯這一世界技術難題為目標，提出以納米材料的表面波（極化激元）為媒介，實現高效光電互聯的新思路。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，具有顯著優勢：一是效率高，光/電激發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“1+1>2”的效果。
戴慶提出，”我們利用電學柵壓對極化激元這種光波的折射行為實現了動態調控，使其從常規的正折射轉變到奇異的負折射。這好比可以像操縱電子一樣操縱光子，為將來高性能光電融合器件與系統的發展提供重要促進作用。這一研究在應用上面向光電融合器件大規模集成缺乏高效、緊湊光電互聯方式的重大需求，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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