国家纳米中心等在范德华材料极化激元研究中取得进展

光电集成芯片可以最大限度发挥光子传输、电子计算的优势，是获取跨越式信息处理能力的关键器件。现有硅基光电集成方案主要通过光电效应实现光电信号转换，其中光模块主要依赖光纤、波导和微镜等技术。由于光学衍射极限的限制，微米尺寸的光传输模块难以与纳米尺寸的电计算模块联接融合，制约光电芯片集成度的提升。中国科学院国家纳米科学中心研究员戴庆课题组与西班牙光子科学研究所，提出利用范德华材料极化激元压缩光波，并在纳米尺度上对光进行“操控”，有望为光电互联提供新方案。 

　　前期研究中，戴庆课题组与合作者突破了传统静电掺杂和液体化学掺杂技术难以兼顾载流子迁移率和浓度的瓶颈，发展了兼具高迁移率和高浓度的气相化学掺杂技术，实现了石墨烯费米能级从0到0.7 eV宽范围调制，获得了迄今为止室温下石墨烯等离激元的最远传输记录（Nature Communications，2022, 13: 1465.）。此外，通过激发结构的设计，研究实现了α-MoO₃中双曲声子极化激元的面内光学聚焦【Advanced Materials，2022, 34(23): 2105590.】。 

　　在此基础上，科研团队构建了高质量的石墨烯/α相氧化钼异质结，实现了异质结中杂化极化激元等频色散轮廓从开口到闭合的原位、动态、可逆拓扑转变，打破了声子极化激元传输受支撑材料晶向的限制。此外，基于介电环境对杂化极化激元色散的影响，研究进一步构造了宽度仅有1.5μm 的二氧化硅平面透镜，实现了极化激元椭圆传播模式的纳米聚焦。不仅将入射光的波长压缩至原来的4.8%，且能量增强4.5倍。该研究利用极化激元实现纳米尺度光的操控，未来有望应用于纳米尺度光电融合与器件集成等领域。 

https://www.cas.cn/syky/202208/t20220824_4845430.shtml