顆粒在線訊：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鍵器件。現(xiàn)有硅基光電集成方案主要通過光電效應實現(xiàn)光電信號轉換，其中光模塊主要依賴光纖、波導和微鏡等技術。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，制約光電芯片集成度的提升。中國科學院國家納米科學中心研究員戴慶課題組與西班牙光子科學研究所，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。 

　　前期研究中，戴慶課題組與合作者突破了傳統(tǒng)靜電摻雜和液體化學摻雜技術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，實現(xiàn)了石墨烯費米能級從0到0.7 eV寬范圍調制，獲得了迄今為止室溫下石墨烯等離激元的最遠傳輸記錄（Nature Communications，2022, 13: 1465.）。此外，通過激發(fā)結構的設計，研究實現(xiàn)了α-MoO3中雙曲聲子極化激元的面內光學聚焦【Advanced Materials，2022, 34(23): 2105590.】。 

　　在此基礎上，科研團隊構建了高質量的石墨烯/α相氧化鉬異質結，實現(xiàn)了異質結中雜化極化激元等頻色散輪廓從開口到閉合的原位、動態(tài)、可逆拓撲轉變，打破了聲子極化激元傳輸受支撐材料晶向的限制。此外，基于介電環(huán)境對雜化極化激元色散的影響，研究進一步構造了寬度僅有1.5μm 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%，且能量增強4.5倍。該研究利用極化激元實現(xiàn)納米尺度光的操控，未來有望應用于納米尺度光電融合與器件集成等領域。 

　　8月18日，相關研究成果以Doping-driven topological polaritons in graphene/α-MoO3 heterostructures為題，發(fā)表在《自然-納米技術》（Nature Nanotechnology）上。韓國科學技術高等研究院教授Min Seok Jang在同期發(fā)表的新聞和評述文章中評價該成果突破了傳統(tǒng)聲子極化波受限于晶格結構而難以調控的難題，為極化波解鎖了重要的調控功能，并對將來實現(xiàn)納米成像、光學傳感和納米級能量操縱等應用意義重大。 

　　研究工作得到國家重點研發(fā)計劃納米科技重點專項、國家自然科學基金、中科院人才項目、中科院戰(zhàn)略性先導科技專項（B類）等的支持。 　 

　　（a）近場光學實驗觀測石墨烯/α-MoO3異質結中雜化極化激元拓撲轉變以及襯底調控拓撲極化激元平面聚焦示意圖，（b）拓撲極化激元平面聚焦近場光學成像圖。