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(hào)損耗。這種技術(shù)進(jìn)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)損耗最小（光）的被稱為等離子體介質(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(jìn)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(jì)算機(jī)。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(hào)被浪費(fèi)，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(xiàng)研究中，由電氣工程學(xué)教授Shaya Fainman領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)光子學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)，在加州大學(xué)圣地亞哥分校進(jìn)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(bǔ)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(shí)現(xiàn)信號(hào)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(jìn)行相關(guān)研究，并且是該研究的第一作者。
在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究人員把光從一個(gè)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(dòng)，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(shí)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(huì)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(zhǎng)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(shí)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(gè)交替的條紋圖案和銀納米半導(dǎo)體的溝。
“這是以一種獨(dú)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?jiān)谧雷由希?rdquo; Smalley解釋說。但在這項(xiàng)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(zhǎng)（如銀），否則會(huì)有缺陷。“不能創(chuàng)建一個(gè)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(jì)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(hào)的損失。
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