初次实现谷光子的长距离保真传输与定向分发

发布时间：2022-10-07 09:47 所属栏目：15 来源：互联网

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导读：近日，由中国科大陈杨研究员、吴东教授、褚家如教授课题组，华中科大王凯教授、陆培祥教授课题组与新加坡国立大学仇成伟教授课题组组成的联合团队在谷电子学与微纳光子学交叉领域取得重要进展，首次实现了基于混合纳米波导的WS2谷光子的长距离保真传输与定向

　　近日，由中国科大陈杨研究员、吴东教授、褚家如教授课题组，华中科大王凯教授、陆培祥教授课题组与新加坡国立大学仇成伟教授课题组组成的联合团队在谷电子学与微纳光子学交叉领域取得重要进展，首次实现了基于混合纳米波导的WS2谷光子的长距离保真传输与定向分发。研究成果以“Chirality-dependent, unidirectional routing of WS2 valley photons in a nanocircuit”为题于2022年10月3日发表在Nature Nanotechnology上。

　　作为现代科技发展的基石，集成电路（IC）技术在过去五十年取得了巨大的成功，其单位面积上可容纳的元器件数每隔18个月便会增加一倍，这就是著名的摩尔定律(Moore’s law)。如今，得益于成熟的硅基光刻技术，芯片元件的特征尺寸已经达到了几纳米量级，这也为便携式电子设备、可穿戴器件、大型存储与计算产业的发展奠定了基础。然而，传统集成电路依赖于电子的电荷自由度，由于能耗和量子效应的影响，其芯片尺寸已经接近理论极限。为了进一步缩小芯片尺寸，延续摩尔定律，寻找新的电子自由度并发展新型电子器件已经成为科研界和产业界的重要研究方向。

　　实际上，电子除了具有电荷自由度，还具有自旋(spin)和能谷(valley)等内禀自由度。其中，能谷指的是晶体布洛赫电子能带的极值点，基于能谷的电子器件相比传统器件有望实现更低的能耗、更少的发热和更快的处理速度。然而，由于能谷的退极化寿命极短且迁移率很小，能谷信息的长距离保真传输问题成为能谷器件发展的关键瓶颈。在过往的研究中(Science359,443-447 (2018);Nat Photonics13,180-184 (2019);ACS Nano15,18163-18171 (2021))，研究者通常基于能谷与单个波导模式传输方向之间的锁定(valley-direction locking)，实现两个不同能谷的分离，然而在分离过程中能谷信息也随之丢失，无法实现对能谷信息的后处理。

　　这项研究首次实现了能谷信息的长距离保真传输与定向分发，虽然展示的能谷器件功能仍处于初级阶段，但其为下一步搭建大规模谷电子器件网络提供了方案。更重要的是，这种谷电子-光子混合器件为在芯片上同时集成谷电子器件、自旋电子器件与片上光子器件，构建自旋-能谷-光子混合系统提供了新思路。

　　该论文的第一作者是中国科大的陈杨研究员和华中科大的博士生钱树航，通讯作者是华中科大的王凯教授、陆培祥教授和新加坡国立大学的仇成伟教授，其中新加坡国立大学的仇成伟教授主导了这项工作的进行，华中科大的陆培祥教授团队在实验中付出了全力支持，中国科大的吴东教授和褚家如教授也在研究过程中给予了重要指导。

（编辑：ASP站长网）