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仅三个原子厚的最薄光波导问世

2019年08月13日 22:50来源:未知手机版

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科技日报记者 冯卫东

据最新一期《自然·纳米技术》报道,美国研究人员研制出世界上最薄的光学装置——一种只有三层原子厚的波导。此项研究成果可将光学器件的尺寸比现在的器件缩小几个数量级,或将带来更高密度、更高容量的光子芯片。

加州大学圣地亚哥分校研制的这款新型波导,厚度约为6埃米(1埃米=10负10次方米),比典型光纤薄1万倍,比集成光子电路中的片上光波导薄约500倍。波导由悬浮在硅框架上的二硫化钨单层(由夹在两层硫原子之间的一层钨原子组成)组成。单层由一系列纳米孔图案形成光子晶体。

这种单层晶体的特殊之处在于,其在室温下可支持被称为激子的电子—空穴对。这些激子产生强烈的光学响应,使晶体的折射率大约是围绕其表面的空气的折射率的4倍。相比之下,具有相同厚度的另一种材料不具备如此高的折射率。当光线通过晶体传播时,它会被内部捕获并通过全内反射沿着平面传导。该波导的另一个特征是,可在可见光谱中传导光。

蚀刻到晶体中的纳米孔允许一些光垂直于平面散射,从而得以观察和探测。这个孔阵列产生的周期性结构,使得晶体也成为谐振器。该系统不仅可以共振地增强光物质相互作用,还可作为二阶光栅耦合器将光耦合到光波导中。

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