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石墨烯将光“压缩”在单原子尺度内

纳米光学器件示意图:光(等离子体)被挤压在金属/六方氮化硼和石墨烯之间。


据最近发表在《科学》杂志上的一篇研究报告称,西班牙巴塞罗那光子科学研究所(ICFO)研究人员创造了利用石墨烯限制光的最新纪录。他们将光“压缩”在单个原子大小的空间内,这一成果有助于研发超小型光开关、探测器和传感器。


光可以作为计算机芯片不同部分之间超快速通信的通道,也可以用于超灵敏传感器或片上纳米激光器。科学家对于进一步缩小控制和引导光的设备进行了大量研究。将光限制在极限空间内的新技术一直在发展中,等离子体约束就是限制光的途径之一。此前研究发现,金属可以将光压缩到波长范围(衍射极限)以下,但总是会以更多的能量损失为代价。


此次,ICFO研究人员和葡萄牙米尼奥大学以及美国麻省理工学院的同行合作,构建了新的纳米光学器件,包含了单层石墨烯和六方氮化硼的加工异质结构,以及一系列金属棒。令人兴奋的是,仅在一个原子厚度的通道内,等离子体仍能被激发并自由扩散。


研究团队负责人表示:“起初,我们的目的是寻找一种激发石墨烯等离子体的新方法,但偶然发现,其结果是可以将光限制在更小范围内。因此,我们希望看看是否能获得一个原子的极限纪录。”


研究人员设法打开和关闭这种等离子体激元,发现只需施加电压,就能在小于1纳米的通道中实现对光的引导和控制。


此前,没有人认为能达到将光限制在一个原子内的极限,该研究将开启一系列全新的应用,例如光通信和纳米尺度光学传感器等。