光電集成芯片可以最大限度發(fā)揮光子傳輸、電子計算的優(yōu)勢，是獲取跨越式信息處理能力的關(guān)鍵器件。但是由于光學衍射極限的限制，微米尺寸的光傳輸模塊難以與納米尺寸的電計算模塊聯(lián)接融合，嚴重制約光電芯片集成度的提升。

　　為此，國家納米科學中心研究員戴慶團隊提出利用范德華材料極化激元壓縮光波，并在納米尺度上對光進行“操控”，有望為光電互聯(lián)提供新方案。近日，該團隊與合作者在石墨烯/α相氧化鉬異質(zhì)結(jié)拓撲極化激元方面取得最新進展。相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然—納米技術(shù)》。

　　研究人員突破了傳統(tǒng)靜電摻雜和液體化學摻雜技術(shù)難以兼顧載流子遷移率和濃度的瓶頸，發(fā)展了兼具高遷移率和高濃度的氣相化學摻雜技術(shù)，實現(xiàn)了石墨烯費米能級從0到0.7 電子伏特超寬范圍調(diào)制。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合理論設(shè)計，實現(xiàn)了石墨烯/α相氧化鉬異質(zhì)結(jié)中極化激元等頻色散輪廓從開口到閉合的原位、動態(tài)、可逆拓撲轉(zhuǎn)變，打破了聲子極化激元傳輸受支撐材料晶向的限制，為片內(nèi)動態(tài)調(diào)制極化激元傳播方向提供了新路徑。

　　“打個比方，我們的研究相當于給受限于過獨木橋的光波搭建了四通八達的道路，允許它們在各個方向傳輸。”論文通訊作者之一戴慶說。

　　研究團隊進一步通過基底介電環(huán)境設(shè)計，構(gòu)造了寬度僅有1.5微米的二氧化硅平面透鏡，實現(xiàn)了極化激元橢圓傳播模式的納米聚焦，不僅將入射光的波長壓縮至原來的4.8%，同時能量增強4.5倍。

　　韓國科學技術(shù)高等研究院教授Min Seok Jang在同期發(fā)表的新聞和評述文章里評價，“該工作攻克了傳統(tǒng)聲子極化波受限于晶格結(jié)構(gòu)而難以調(diào)控的難題，為極化波解鎖了重要的調(diào)控功能，對將來實現(xiàn)納米成像、光學傳感和納米級能量操縱等應(yīng)用意義重大。”

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41565-022-01185-2