加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校的工程師開發(fā)了一種材料，可以減少光子器件的信號損耗。這種技術(shù)進步有望用于提高各種以光為基礎(chǔ)的技術(shù)的應(yīng)用效率，包括光纖通信系統(tǒng)、激光和光電器件等。
這一技術(shù)使得光子學(xué)領(lǐng)域的最大的挑戰(zhàn)之一得以解決，即：使得光學(xué)損耗最?。ü猓┑谋环Q為等離子體介質(zhì)設(shè)備。
人工電磁材料是材料工程上的在納米尺度以不尋常的方式進行控制光的一種材料。他們可以用來開發(fā)外來設(shè)備比如從隱形斗篷到量子計算機。但問題是，他們所用的超材料通常含有金屬，從光中吸收能量并將其轉(zhuǎn)換為熱量。其結(jié)果是，一部分的光信號被浪費，降低了設(shè)備的效率。
最近發(fā)表在《自然通訊》雜志上的一項研究中，由電氣工程學(xué)教授Shaya Fainman領(lǐng)導(dǎo)的一個光子學(xué)的研究團隊，在加州大學(xué)圣地亞哥分校進行的研究證明了利用添加可激發(fā)光發(fā)射的金屬材料來彌補這些光損失，即一種光學(xué)半導(dǎo)體。
“我們利用這種半導(dǎo)體的增益來抵消了金屬的光損失。這樣的組合可以實現(xiàn)信號的無損，以及超材料光的零凈吸收，”Joseph Smalley說，他是電氣工程學(xué)的一名博士后學(xué)者，目前在在Fainman組進行相關(guān)研究，并且是該研究的第一作者。
在他們的實驗中，研究人員把光從一個紅外激光發(fā)射并照射在介質(zhì)上。他們發(fā)現(xiàn)，這取決于光的偏振的平面或方向（上下、左右）所有光波都設(shè)置為振動，介質(zhì)或者反射或發(fā)射光。
這是首次與金屬和半導(dǎo)體同時存在的一種材料。如果光是偏振的方式之一，超材料的反射光就會像金屬一樣，當(dāng)光是偏振的其他方式，超材料的吸收和發(fā)射光是不同顏色，就像半導(dǎo)體，” Smalley說。
研究人員創(chuàng)造了這種新的超材料，首先是生長為一種晶體的半導(dǎo)體材料，被稱為銦鎵砷化物，是在基板上。然后，他們利用等離子體的高能離子蝕刻狹窄的溝槽實現(xiàn)半導(dǎo)體，創(chuàng)建40納米寬且行半導(dǎo)體間隔為40納米。最后，他們利用銀創(chuàng)建一個交替的條紋圖案和銀納米半導(dǎo)體的溝。
“這是以一種獨特的方式來制造這種物質(zhì)，” Smalley說。不同層的納米結(jié)構(gòu)通常是由每一層分別沉積在另一層之上，“就像一疊紙在桌子上，” Smalley解釋說。但在這項研究中使用的半導(dǎo)體材料（銦鎵砷化物）不能在任何襯底上生長（如銀），否則會有缺陷。“不能創(chuàng)建一個堆棧交替層，我們想出了一種方式來安排材料并排，像文件夾在文件柜，保持半導(dǎo)體材料的自由缺陷。”
下一步，研究小組計劃調(diào)查有多少這種超材料和其他的版本可以提高光子應(yīng)用，用以解決目前所存在的信號的損失。
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