應(yīng)變光電子學(xué)，英語：Strainoptronics，也稱為：形變光電子學(xué)，是英語strain（應(yīng)變變形）、英語optics（光學(xué)）、和英語electronics（電子學(xué)）三個單詞的組合，指一種在硅光子平臺通過二維材料的應(yīng)變變形，來設(shè)計光電器件的嶄新技術(shù)。

由喬治華盛頓大學(xué)教授沃爾克·索爾格（Volker Sorger）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊創(chuàng)造了這樣的應(yīng)變光學(xué)電器件，這是首次創(chuàng)立使用的技術(shù)方法，研究人員首次證明了包裹在納米級硅光子波導(dǎo)周圍的二維材料創(chuàng)造了一種新型的光電探測器，該探測器可以在高效率下工作，關(guān)鍵技術(shù)波長為1550納米。

這種新的光電檢測可以促進(jìn)未來的通信和計算機(jī)系統(tǒng)，特別是在新興領(lǐng)域，例如機(jī)器學(xué)習(xí)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

現(xiàn)代社會不斷增長的數(shù)據(jù)需求要求光域中的數(shù)據(jù)信號從光纖互聯(lián)網(wǎng)到電子設(shè)備，如智能手機(jī)或筆記本電腦更有效轉(zhuǎn)換。從光信號到電信號的這種轉(zhuǎn)換過程是由光電探測器（光學(xué)網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵構(gòu)件）執(zhí)行的。

二維材料具有與光電探測器相關(guān)的科學(xué)和技術(shù)特性。由于它們的強(qiáng)光吸收性，設(shè)計基于2D材料的光電探測器將能夠改善光電轉(zhuǎn)換，從而提高數(shù)據(jù)傳輸和電信效率。然而，由于它們的較大的光學(xué)帶隙和低的吸收性，所以2D半導(dǎo)體材料，例如來自過渡金屬二鹵化物族的那些材料，迄今為止在電信波長下不能有效工作。

這種應(yīng)變光學(xué)提供了解決此缺陷的解決方案，并為研究人員添加了工程工具，以修改2D材料的電學(xué)和光學(xué)特性，從而開發(fā)了首創(chuàng)的基于2D材料的光電探測器。

研究人員過去意識到了應(yīng)變光電子學(xué)的潛力，在硅光子波導(dǎo)的頂部拉伸了一層超薄的碲化鉬（一種二維材料半導(dǎo)體），以組裝新型光電探測器。然后，使用其新創(chuàng)建的應(yīng)變光電“控制旋鈕”來改變其物理特性，以縮小電子帶隙，從而使該設(shè)備能夠在近紅外波長，即1550納米附近的電信（C波段）相關(guān)波長下工作。

研究人員指出，他們所發(fā)現(xiàn)的一個有趣的方面是：與給定應(yīng)變量的塊狀材料相比，這些半導(dǎo)體2D材料可以承受的應(yīng)變量明顯更高。還注意到，這些新穎的基于2D材料的光電探測器的靈敏度是其它使用石墨烯的光電探測器的1千倍。這種具有極高靈敏度的光電探測器不僅可用于數(shù)據(jù)通信應(yīng)用，而且還可用于醫(yī)學(xué)傳感甚至量子信息系統(tǒng)。

研究人員說，“我們不僅找到了一種工程設(shè)計光電探測器的新方法，而且還發(fā)現(xiàn)了一種用于光電設(shè)備的新穎設(shè)計方法，我們將其稱為‘strainoptronics’（應(yīng)變光電子學(xué)）。這些設(shè)備具有獨特的特性，可用于光學(xué)數(shù)據(jù)通信以及用于機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能的新興光子人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。”

研究人員最后指出，“有趣的是，與散裝材料不同，二維材料是應(yīng)變工程特別有希望的候選者，因為它們可以在破裂前承受較大的應(yīng)變。在不久的將來，我們希望將應(yīng)變動態(tài)地應(yīng)用于許多其他二維材料，以期希望發(fā)現(xiàn)優(yōu)化光子器件的無限可能”。

該最新研究成果論文發(fā)表在今天的《自然光學(xué)》上。