近日，四川大學物理學院教授李志強團隊與合作者在研究中，首次發(fā)現(xiàn)了通過漸變二維體系對納米光進行開關與調控的新機制，為新型納米光子技術的發(fā)展提供了重要科學支撐，并為下一代超小型多功能光子芯片的研發(fā)開辟了全新途徑。相關成果發(fā)表于《科學進展》。

量子科技是當今世界的重要戰(zhàn)略科技方向，而光子技術則是這一領域的核心驅動力之一。如果我們將光子作為信息的載體，把它們集成在一個小小的芯片上并進行納米尺度的精準操控，信息處理能力就能夠在速度和功能上迎來質的飛躍。

在這項研究中，研究人員首次在二維材料中發(fā)現(xiàn)了一種空間漸變的多功能光子平臺，這是一種具有空間不均勻光學響應的超薄介質，通過二維材料中光子與物質耦合產生的準粒子（即極化激元），能夠把光壓縮至納米尺度從而進行精確調控。

相比傳統(tǒng)調控技術，這種新型光子平臺具有損耗低、尺寸小和光壓縮能力強等巨大優(yōu)勢，而且能夠實現(xiàn)許多前所未有的尖端納米光子學功能，例如原子厚度薄層中的變換光學、波前工程等，為下一代光子芯片的研發(fā)及廣泛應用提供了全新視角和方法。

該研究的核心創(chuàng)新點在于研究人員在堆疊二維材料形成的莫爾超晶格中發(fā)現(xiàn)了一種嶄新的納米光調控機制。轉角雙層石墨烯中存在具有不同堆疊方式的區(qū)域，就好像國際象棋棋盤的黑白區(qū)域，相鄰區(qū)域之間存在邊界（即疇壁）。

研究人員發(fā)現(xiàn)，通過改變疇壁的局部應變方向，能夠實現(xiàn)極化激元與疇壁相互作用的開關操作和連續(xù)調控，這一現(xiàn)象源于疇壁中的一維（拓撲）量子態(tài)隨著應變方向改變而發(fā)生的巨大變化。他們進一步展示了莫爾疇壁超晶格可以構成天然的漸變極化激元表面，疇壁網絡的空間變化可以在約10納米的尺度實現(xiàn)光與物質相互作用的空間開關與空間調控，進而實現(xiàn)極化激元波前、相位和傳播方向的操控。

近年來，隨著二維疇壁控制技術的快速發(fā)展，該研究展示的疇壁超晶格將有望實現(xiàn)集成光子芯片的功能，在納米尺度對光子進行靈活多樣的“可編程”開關和操控。此研究工作為納米光的量子調控提供了全新方案，將大大推動“莫爾量子光子學”的發(fā)展，為新型光子芯片研發(fā)及其在上述多個重要領域的應用開辟了全新道路。

論文鏈接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adq7445