《自然·材料》雜志31日在線發(fā)表了一項(xiàng)納米光子器件互聯(lián)領(lǐng)域的重要研究成果。來自上海交通大學(xué)、國家納米科學(xué)中心等單位的科研人員，利用類似船只航行時(shí)產(chǎn)生的“尾流”效應(yīng)，成功解決納米光子器件光信號(hào)跨結(jié)構(gòu)傳輸難題，為未來實(shí)現(xiàn)光子信號(hào)的遠(yuǎn)程連接、精確引導(dǎo)和方向控制開辟了新路徑，有望顯著提升光計(jì)算與信息處理的能力。
在納米光子學(xué)領(lǐng)域，如何讓光信號(hào)高效地穿梭于不同結(jié)構(gòu)之間，是提升納米光子器件集成度的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。極化激元是一種特殊的表面光波，由光與物質(zhì)相互作用產(chǎn)生。它能將光壓縮在納米尺度內(nèi)，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的光場增強(qiáng)。憑借其超強(qiáng)的光約束能力、低能量損耗和顯著的方向性，極化激元在納米光子器件集成方面展現(xiàn)出巨大潛力。然而，極化激元產(chǎn)生的光場會(huì)快速衰減，難以跨越不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳輸，這成為制約其在實(shí)際光子器件中應(yīng)用的關(guān)鍵瓶頸。
在這項(xiàng)研究中，科研人員從一種擅長向周圍空間輻射能量的漏波現(xiàn)象中獲得靈感，巧妙地將極化激元的強(qiáng)聚焦能力和漏波的定向傳播特性相結(jié)合，在特殊層狀材料中創(chuàng)造出類似“船尾波”的新型光波模式。
雙曲極化激元平面漏波的概念圖。戴慶供圖
“這種‘光尾流’成功解決了光波難以在不同材料結(jié)構(gòu)間傳輸?shù)碾y題。實(shí)驗(yàn)中，高速光波從特定結(jié)構(gòu)‘泄漏’出來，像船推開水面一樣形成方向可控的尾跡。極化激元正是沿著這樣的尾跡‘泄漏’到周圍材料中，實(shí)現(xiàn)跨結(jié)構(gòu)傳輸?shù)摹?rdquo;論文共同通訊作者、國家納米科學(xué)中心副研究員胡海形象地說。
“進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，通過旋轉(zhuǎn)材料層還可以調(diào)制‘光尾流’的方向、形狀和傳播速度。”論文共同通訊作者、上海交通大學(xué)教授戴慶表示，這項(xiàng)工作巧妙融合了納米光約束與遠(yuǎn)場傳輸能力，不僅從原理上破解了納米尺度下極化激元跨結(jié)構(gòu)傳輸?shù)目茖W(xué)難題，更將其推向可控、集成的實(shí)用器件層面，對(duì)推動(dòng)光計(jì)算、高速信息處理等技術(shù)的發(fā)展具有重大意義。
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