宽频纳米光场精确调控新方案

科技日报北京12月15日讯 在纳米甚至原子层面精准引导光的传播，是当今科学界高度关注的研究难题。近日，上海交通大学、纳米科学中心、东北师范大学与香港大学组成的团队联合发布新突破，提出“声子工程”全新理念，首次实现在极宽频域内，极化激元实现无衍射定向传输。相关成果已发表于12月15日的《自然·纳米技术》期刊。

极化激元，本质上是一种由光与物质强相互作用生成的准粒子。它能显著压缩光的传播尺度，突破了传统光学“无法将光聚焦至波长以下”的极限。这一特性，为打造更加微型、快速的光子芯片奠定了坚实基础，被视为新一代光子技术的核心突破口。

尽管发展前景广阔，但极化激元的灵活、高效调控一直是瓶颈。实现应用，首先需克服两项关键障碍。论文通讯作者、上海交通大学教授戴庆解释道：“首先，极化激元的有效操控依赖极为精准的舆情网动量匹配，就像两辆高速列车需要精确同步才能顺利接轨；其次，材料自身的传导损耗大，信号极易衰减。”

针对这些挑战，团队勇于创新，提出“声子工程”方法——不再局限于复杂的界面设计或材料结构调整，而是转向对特定晶体中“原子层振动”（即声子的各向异性）进行精细调控。这种方法好比为材料内部配备精准的“调谐器”，直接影响极化激元的表现。

值得一提的是，通过对声子各向异性进行精确设计，研究者能够在半导体材料中，对极化激元的传输带宽、无衍射性质、相位和方向控制等多项核心指标实现全方位优化。戴庆形象地表示：“就像在纳米光路装上了操控装置，不仅能随心所欲调整前进方向，还大幅降低了衍射带来的能量损耗。”

“过去我们更多依赖于‘被动挑选’合适系统，如今则能主动‘设计’出理想平台。”论文另一位通讯作者、交大副教授郭相东说道：“这项探索，极大拓宽了未来高集成度、高性能光子电路的实现路径，为纳米光子学和集成光电子学注入新动能。”

戴庆补充道：“‘声子工程’不仅针对极化激元的核心操控难题给出了答案，而且具备高度的通用性和灵活适配性。随着技术进步，我们有望在指甲大小的芯片上组建功能强大的光子电路，加速信息技术向更快速度、更低能耗与更高集成密度进发。”