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如何在原子尺度對光進行精準操控？這是關系著未來高性能信息器件的關鍵科學問題，也是這一領域科學家關注的焦點問題。
國家納米科學中心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，還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。相關研究于北京時間2月10日在線發表于國際學術期刊《科學》，審稿人評價：“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。”
與電子相比，光子具有速度快、能耗低、容量高等諸多優勢，因此光電融合系統被認為是構建下一代信息器件的重要方向。光電互聯（電—光—電轉換）是光電融合的重要基礎，它相當于光電兩條“高速公路”交會的“收費站”。現在，這個“收費站”經常擁堵——傳統硅基光電集成方案存在效率低、體積大等問題，而光子則因為不攜帶電荷且傳輸受限于光學衍射極限，難以實現納米尺度局域和操控。
戴慶團隊在實現極化激元的高效激發和長程傳輸基礎上，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。戴慶介紹：“極化激元是一種由入射光與材料表界面相互作用形成的特殊電磁模式（表面波）。它具有優異的光場壓縮能力，可以輕易突破光學衍射極限從而實現納米尺度上光信息的傳輸和處理。”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提供重要基礎。
“這相當于將‘收費站’改造成‘立交橋’，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，具有效率高、集成度高、算力強等顯著優勢。”戴慶說，“這項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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