（文章來源：科技報告與資訊）
納米光子學領(lǐng)域的研究人員一直在努力開發(fā)光學晶體管，這是未來光學計算機的關(guān)鍵組件。這些設(shè)備將使用光子而不是電子來處理信息，從而減少熱量并提高運行速度。但是，光子不能很好地相互作用，這對微電子工程師來說是一個大問題。俄羅斯圣光機大學（ITMO）的一組研究人員提出了解決該問題的新方法：通過創(chuàng)建一個平面系統(tǒng)將光子耦合到其他粒子，從而使它們彼此相互作用。他們的方法有望為開發(fā)未來的光學晶體管提供平臺。研究成果發(fā)表在《Light: Science & Applications》上。

晶體管的功能源于電子的受控運動。這種方法已經(jīng)使用了數(shù)十年，但仍然存在一些缺點。首先，電子設(shè)備在執(zhí)行任務(wù)時往往會變熱，這意味著一部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃勘焕速M掉，不用于實際工作。為了防止變熱，設(shè)備配備了冷卻元件，也因此浪費了更多的能量。第二，電子設(shè)備的處理速度有限。這些問題中的一些可以通過使用光子而不是電子來解決。使用光子進行信息編碼的設(shè)備將產(chǎn)生更少的熱量，使用更少的能量并且工作速度更快。

因此，全世界的科學家都在光學計算機領(lǐng)域進行研究。但是，主要問題是，光子與電子不同，它們不會相互作用。因此，研究人員提出了“訓練”光子相互作用的方法。一種想法是將光子與其他粒子耦合。ITMO物理與工程系的一組研究人員，展示了一種新的實現(xiàn)方式，其中光子與單層半導體中的激子耦合。當電子被激發(fā)時，激子在半導體中形成，留下空穴。電子及其空穴都可以相互作用，從而產(chǎn)生一個新粒子，即激子。

ITMO大學的首席研究員，論文的作者之一瓦西里·克拉夫佐夫（Vasily Kravtsov）解釋說：“如果我們將激子與輕粒子強耦合，我們將得到極化子，這意味著它們可以用于非常快速地傳輸信息，同時，它們又可以很好地彼此交互?！?/p>

創(chuàng)建基于極化子的晶體管并非易事。研究人員需要設(shè)計一個系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中，這些粒子可以存在足夠長的時間，同時仍保持其較高的相互作用強度。在ITMO物理與工程系的實驗室中，借助于激光、波導和極薄的二硒化鉬半導體層來創(chuàng)建極化子。將三原子厚的半導體層放在納米光子波導上，在其表面上刻有非常細的溝槽的精確網(wǎng)。之后，用紅色激光點亮，在半導體中產(chǎn)生激子。這些激子與光粒子耦合，產(chǎn)生極化子，捕獲在系統(tǒng)中。

以這種方式獲得的極化子不僅存在相對較長的時間，而且具有極高的非線性度，這意味著它們彼此之間會相互作用?！斑@使我們更接近于制造光學晶體管，因為我們現(xiàn)在有一個小于100納米厚的平面平臺，可以集成在芯片上。由于非線性度很高，因此我們不需要強大的激光器，較小的紅色光源就足夠了，也可以集成到芯片上?！?Vasily Kravtsov說道。

目前，這項研究仍在繼續(xù)，因為研究人員必須證明其系統(tǒng)在室溫下的效率。
（責任編輯：fqj）