光學所張家森教授及合作者在電驅動表面等離激元集成回路研究上取得重要進展

随着信息化時代需求的不斷提出，人們迫切需要速度更高、體積更小的信息處理系統，光子學器件在尺度上突破衍射極限的限制成為急待解決的關鍵問題。近年來，随着對表面等離激元的深入研究，人們發現，利用對表面等離激元的操控可以實現亞波長光子學器件和集成，有望帶來新一代信息技術微型化和光子集成的革命性突破。而實現全電驅動的器件和集成，成為其中的關鍵。

為了實現電驅動的亞波長光子學回路，需要首先解決光子學器件和電子學器件在納米尺度下的融合。最近，光學所張家森教授團隊與信息科學學院彭練矛教授團隊合作，由博士生劉旸等提出了基于碳納米管的單片集成表面等離激元互聯器，該方法利用了碳納米管在電驅動下優異的光學性能和極小的直徑，将碳納米管電子學器件與表面等離激元條形波導集成在一起，實現了集成表面等離激元電驅動源、表面等離激元條形波導和表面等離激元近場探測器的表面等離激元互聯器。

他們制備了多種長度和波導寬度的表面等離激元互聯器，最小的波導寬度達到了七分之一波長的深亞波長量級。同時，他們還證明了這種全電驅動表面等離激元器件可以實現芯片級的集成。這些結果，通過碳納米管和表面等離激元器件的結合，提出了解決在深亞波長尺度下電子學與光子學融合難題的辦法，有望進一步實現光電融合的集成高速器件，将在光計算和光通信等領域有着重要應用。該結果發表在Science Advances上(Science Advances 3, e1701456 (2017))，同時，美國電機及電子工程師學會所屬的IEEE Spectrum對該工作進行了單獨的報道，題目為“Carbon Nanotubes Make Big Push in Plasmonic Circuits”。

該研究工作得到了科技部973計劃、國家自然科學基金委以及介觀物理國家重點實驗室自主科研項目等的大力資助。