科技日報記者 陸成寬
如何實現光在納米甚至原子尺度上的精準操控與高效傳播，一直是科學研究的前沿問題。近日，來自上海交通大學、國家納米科學中心、東北師范大學與香港大學的聯合研究團隊，提出了一種名為“聲子工程”的新策略，首次實現了超寬頻帶、幾乎無衍射的極化激元定向傳播。相關研究成果15日發表于《自然·納米技術》雜志。
所謂極化激元，是一種由光與物質強烈相互作用形成的準粒子。它能讓光被壓縮到極小的尺度進行傳播，突破了傳統光學中“光無法聚焦得比其波長更小”的衍射極限。這一特性使得極化激元在開發超小型、超高速光子芯片中具有不可替代的價值。
然而，要將這一潛力轉化為現實，首先必須解決一個核心難題：如何對極化激元進行高效且靈活的控制。目前，該操控過程面臨兩大技術瓶頸。論文共同通訊作者、上海交通大學教授戴慶告訴記者：“首先是需要非常精確的‘動量匹配’，就像兩列火車要完美同步才能對接；其次是材料衍射傳輸損耗大，信號容易‘掉鏈子’。”
研究團隊獨辟蹊徑，提出“聲子工程”策略，不再依賴傳統復雜的材料界面或結構改造，而是巧妙地利用某些晶體中特有的“原子層狀振動”，也就是聲子各向異性，像調音一樣精細調節材料內部的振動模式，從而控制極化激元的行為。
更令人振奮的是，通過精準調控各向異性聲子振動，進一步實現了半導體材料中極化激元在帶寬、無衍射、零相位以及高定向傳輸等關鍵特性上的全面調控。“這就相當于給納米光路裝上了方向盤、油門和剎車，想讓它怎么走就怎么走，而且幾乎沒有衍射損耗。”戴慶解釋。
“我們不再是被動地尋找滿足動量匹配的體系，而是主動‘設計’出理想狀態。”論文共同通訊作者、上海交通大學副教授郭相東說，“這為制造超緊湊、高性能的光子電路打開了一扇全新的大門，也為納米光子學與集成光電子學的未來發展注入強大動力。”
“‘聲子工程’調控策略不僅解決了極化激元控制中的關鍵技術瓶頸，還具有較強的通用性和靈活性。”戴慶說，借助該技術，未來有望在指甲蓋大小芯片上集成強大的光子電路，推動信息技術向更高速、更低功耗、更高密度方向發展。
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