《中国科学家在纳米光子器件中实现光信号跨结构传输,有望显著提升光计算与信息处理能力》

  • 来源专题:先进材料
  • 编译者: 李丹
  • 发布时间:2025-08-01
  • 转自全球技术地图

    据中国科技网7月31日消息,中国科研团队在纳米光子器件中实现光信号跨结构传输。研究团队从一种擅长向周围空间辐射能量的漏波现象中获得灵感,巧妙地将极化激元的强聚焦能力和漏波的定向传播特性相结合,在特殊层状材料中创造出类似“船尾波”的新型光波模式,成功解决了光波难以在不同材料结构间传输的难题。上海交通大学教授戴庆表示,“这项工作不仅从原理上破解了纳米尺度下极化激元跨结构传输的科学难题,更将其推向可控、集成的实用器件层面,对推动光计算、高速信息处理等技术的发展具有重大意义。”相关研究成果发表在《自然·材料》(Nature Materials)杂志。

  • 原文来源:https://www.nature.com/articles/s41563-025-02279-7#data-availability
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    • 如果真空紫外激光可以聚焦成一个小束点,将可用于研究介观材料和结构,并使制造纳米物体具有更加的精度。 为了实现这一目标,中国科学家发明了一种177纳米的VUV激光系统,可以在长焦距处获得亚微米焦点。该系统可以重新配置用于低成本的角度分辨光电发射光谱,并可能推动凝聚态物理研究。 在《光科学与应用》(Light Science & Applications)发表的一项研究成果显示,研究人员利用无球像差的带板开发了一种177 nm VUV激光扫描光电发射显微镜系统,该系统在长焦距(~45 mm)下具有<1μm的焦斑。 基于这种显微镜,他们还建立了一个离轴荧光检测平台,在揭示材料的细微特征方面表现出优于传统激光系统的能力。 与目前用于ARPES的具有空间分辨率的DUV激光源相比,177 nm VUV激光源可以帮助ARPES测量覆盖更大的动量空间,具有更好的能量分辨率。 该VUV激光系统具有超长焦距(~45 mm)、亚微米空间分辨率(~760 nm)、超高能量分辨率(~0.3 meV)和超高亮度(~355 MWm-2)。可直接应用于光电发射电子显微镜(PEEM)、角度分辨光电子能谱仪(ARPES)、深紫外激光拉曼能谱仪等科研仪器。 目前,该系统已与上海理工大学的ARPES连接,揭示了各种新型量子材料的精细能带特征,如准一维拓扑超导体TaSe3、磁性拓扑绝缘体(MnBi2Te4)(Bi2Te3)m族等。
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    • 武汉光电国家研究中心甘棕松团队采用二束激光在自研的光刻胶上突破了光束衍射极限的限制,采用远场光学的办法,光刻出最小9纳米线宽的线段,实现了从超分辨成像到超衍射极限光刻制造的重大创新。 光刻机是集成电路生产制造过程中的关键设备,主流深紫外(DUV)和极紫外(EUV)光刻机主要由荷兰ASML公司垄断生产,属于国内集成电路制造业的“卡脖子”技术。2009年甘棕松团队遵循诺贝尔化学奖得主德国科学家斯特凡·W·赫尔的超分辨荧光成像的基本原理,在没有任何可借鉴的技术情况下,开拓了一条光制造新的路径。 双光束超衍射极限光刻技术完全不同于目前主流集成电路光刻机不断降低光刻波长,从193纳米波长的深紫外(DUV)过渡到13.5纳米波长的极紫外(EUV)的技术路线。甘棕松团队利用光刻胶材料对不同波长光束能够产生不同的光化学反应,经过精心的设计,让自主研发的光刻胶能够在第一个波长的激光光束下产生固化,在第二个波长的激光光束下破坏固化;将第二束光调制成中心光强为零的空心光与第一束光形成一个重合的光斑,同时作用于光刻胶,于是只有第二束光中心空心部分的光刻胶最终被固化,从而远场突破衍射极限。 该技术原理自2013年被甘棕松等验证以来,一直面临从原理验证样机到可商用化的工程样机的开发困难。团队经过2年的工程技术开发,分别克服了材料,软件和零部件国产化等三个方面的难题。开发了综合性能超过国外的包括有机树脂、半导体材料、金属等多类光刻胶,采用更具有普适性的双光束超分辨光刻原理解决了该技术所配套光刻胶种类单一的问题。实现了微纳三维器件结构设计和制造软件一体化,可无人值守智能制造。 同时通过合作实现了样机系统关键零部件包括飞秒激光器、聚焦物镜等的国产化,在整机设备上验证了国产零部件具有甚至超越国外同类产品的性能。双光束超衍射极限光刻系统目前主要应用于微纳器件的三维光制造,未来随着进一步提升设备性能,在解决制造速度等关键问题后,该技术将有望应用于集成电路制造。甘棕松说,最关键的是,我们打破了三维微纳光制造的国外技术垄断,在这个领域,从材料、软件到光机电零部件,我们都将不再受制于人。