世界首個(gè)表面等離激元電路或取代集成電路

　　如何在納米尺寸的集成芯片上實(shí)現像操縱電子一樣來(lái)操控光子是光電子技術(shù)未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵。德國維爾茨堡大學(xué)的物理學(xué)家近日成功研發(fā)出世界首個(gè)表面等離激元電路，在可能取代“集成電路”的新一代信息技術(shù)領(lǐng)域取得進(jìn)展。

　　在計算機技術(shù)領(lǐng)域，多年前就不再提高經(jīng)典處理器的時(shí)鐘頻率，增加計算能力只能通過(guò)應用多個(gè)處理器內核這樣的方式來(lái)實(shí)現。因此科學(xué)家一直在尋找新的策略，這其中使用光子工作的光學(xué)轉換電路似乎很有前途，因為它們可能適用于量子計算機之間的數據傳輸。這樣超快的計算機現在還沒(méi)有，但在全球范圍內都在研究如何實(shí)現它。

　　現在，這種光學(xué)電路的一個(gè)基本步驟已經(jīng)被德國維爾茨堡大學(xué)的貝爾特·赫希特教授和托比亞斯·布里克斯納教授的團隊實(shí)現。他們成功將光信號通過(guò)天線(xiàn)注入波導管，然后傳輸至另一端經(jīng)第二個(gè)天線(xiàn)再輸出。

　　這是世界上第一個(gè)簡(jiǎn)單的表面等離激元電路。它由一個(gè)約200納米長(cháng)的天線(xiàn)構成，可以高效捕捉自由光子，并把它轉換成等離激元震蕩。光天線(xiàn)連接著(zhù)2根長(cháng)約3微米、彼此平行的細金線(xiàn)，這樣載波可用雙定義的模式傳播。將來(lái)利用該現象可以控制等離激元的運動(dòng)方向，而這用電子是不可能實(shí)現的。

　　電路中的光子不是自由釋放的，而是一定條件下在高導電金屬例如金的表面產(chǎn)生的受控光子。在那里，入射光可產(chǎn)生等離激元電子振蕩，通過(guò)波導管傳輸到另一個(gè)位置后又重新激發(fā)出光。這樣的表面等離激元行為看起來(lái)就像在釋放光子一樣，不過(guò)現在還只能局限在非常小的空間中。

　　該研究的特別之處在于：成功地在微小結構中進(jìn)行光信號的傳輸，天線(xiàn)和波導管尺寸僅為幾百納米，因此這一方法可以集成到當今的微電子中，在這么小的尺寸下人們通常無(wú)法處理光子。赫希特說(shuō)：“它們很難被強行進(jìn)入狹小的空間。因此，直到現在要將光子技術(shù)和常用的芯片技術(shù)結合還是很困難。”

　　從物理學(xué)角度來(lái)看，新研究還只是在實(shí)現完整的光學(xué)電路上邁出了一小步，但他們的研究結果提供了一個(gè)基礎，未來(lái)等離波導將成為一個(gè)非常激動(dòng)人心的研究領(lǐng)域。

　　總編輯圈點(diǎn)

　　人們用玻璃纖維傳遞光子，已經(jīng)幾十年了，如果類(lèi)似的通信辦法在集成電路里實(shí)現，金屬導線(xiàn)將失去根據地，我們也能用上更快卻不發(fā)熱的CPU。但至今科學(xué)家沒(méi)找到合適的技術(shù)方案。在毫微之間移動(dòng)光子，可不像筷子夾鵪鶉蛋那么容易。這次德國人結合了波導管和天線(xiàn)，讓光子可在幾百納米的“橋”上暢通不誤。雖是一小步，卻是向未知方向的邁進(jìn)。在其啟發(fā)下，光子電路研發(fā)會(huì )有更多樣化的探索。