極化激元領域有新進展 有望實現納米尺度光電融合
【化工儀器網 項目成果】光子是一種傳遞電磁相互作用的基本粒子，是一種規范玻色子。光子是電磁輻射的載體，而在量子場論中光子被認為是電磁相互作用的媒介子。與電子相比，光子具有速度快、能耗低、容量高等諸多優勢，被寄予未來大幅提升信息處理能力的厚望。
微納光學主要是指微納米尺度的光學效應，以及利用微納米尺度的光學效應開發出光學器件、系統以及裝置。所研究的是在微納尺度下光電子的運動傳輸特性、光電子與物質的相互作用規律、相關的操縱及其應用技術等。微納光學元件可以在局域電磁相互作用的基礎上實現許多全新功能，因此在光通信、互聯、存儲、傳感和成像等領域起到重要的作用。微納光學不僅是光電子產業的重要發展方向之一，也是目前光學領域的前沿研究方向。然而，由于光學衍射極限的存在，很難實現納米尺度上光信息的傳輸和處理，阻礙了光子優異性能的發揮。
因此，更好地在納米尺度操控光子實現光電融合，是未來大幅提升信息處理能力的關鍵。近日，國家納米科學中心研究人員與合作者在極化激元領域取得新進展。極化激元是一種存在于材料表界面的特殊電磁模式，也可以認為是一種光子與物質耦合形成的準粒子。它具有優異的光場壓縮能力，可以輕易突破光學衍射極限，將光波長壓縮到納米尺度進行操控，實現納米尺度上光信息的傳輸和處理。
在前期研究工作中，研究人員們發展了氣體分子高效摻雜石墨烯的方法，保持著室溫下石墨烯等離激元最長傳輸距離的記錄。接著研究人員利用近場光學顯微鏡，將10微米的紅外光壓縮到千分之一再做調控，并成功構建石墨烯/α相氧化鉬異質結，實現極化激元等頻輪廓從開口到閉合的動態、可逆拓撲轉變，并使其傳播方向突破了原有晶向的限制。
研究團隊首次在實驗上證明了雜化極化激元的等頻輪廓發生拓撲轉變，不僅使其傳播方向突破了原有晶向的限制，還能夠將能量高效匯聚進行定向低損傳輸。這項研究將為進一步操控電磁波的定向傳播和能量匯聚提供新途徑，也為設計納米光電互聯芯片提供了新的思路。
(資料來源：科技日報)
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