2024年8月2日，華東師范大學(xué)精密光譜科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室吳健教授科研團隊成果在國際頂級期刊《自然光子學(xué)》（Nature Photonics）雜志在線刊發(fā)。該團隊首次在室溫激子極化激元體系中實現(xiàn)了時域“與”“或”“非”邏輯門功能，為大規(guī)模超高速邏輯運算器件的發(fā)展奠定了關(guān)鍵基礎(chǔ)。
《自然光子學(xué)》在線刊發(fā)吳健教授科研團隊成果
微腔激子極化激元作為一種半光半物質(zhì)的玻色準粒子，能夠在高溫甚至室溫下實現(xiàn)玻色愛因斯坦凝聚。由于光子之間相互作用較弱，基于光子的開關(guān)、邏輯門等器件功能一直面臨著調(diào)控效果欠缺的缺陷。而激子極化激元體系恰恰彌補了這一不足。該體系既具有光子成分超快響應(yīng)的特性，又由于激子成分的存在使得粒子間相互作用強，因而呈現(xiàn)出較高非線性，能夠?qū)崿F(xiàn)高效調(diào)控。這種獨特的物理性質(zhì)和微腔系統(tǒng)便于集成的特點使得激子極化激元體系成為實現(xiàn)光電器件功能的優(yōu)異候選者。以往的激子極化激元邏輯門都是通過控制信號在空間上分離的晶體管間實現(xiàn)級聯(lián)傳遞，從而得到與、或門功能，需要高質(zhì)量的平板微腔和復(fù)雜的多光束操控完成。然而，實現(xiàn)邏輯運算的另一個關(guān)鍵基礎(chǔ)元素——非門，一直未能在實驗上實現(xiàn)。
華東師范大學(xué)吳健教授研究團隊，將先進的超快光學(xué)技術(shù)手段拓展到微腔激子極化激元體系的研究中，前期自主發(fā)展了飛秒角分辨微區(qū)光譜成像創(chuàng)新技術(shù)，突破了激子極化激元室溫超快動力學(xué)的觀測時間瓶頸，成功揭示了極化激元凝聚體在室溫條件下的超快建立、弛豫、參量散射、玻色級聯(lián)等動力學(xué)特性，引領(lǐng)了室溫極化激元超快動力學(xué)的研究前沿。在這些前期積累的基礎(chǔ)之上，該團隊創(chuàng)造性的提出通過對空間上局域的凝聚體宏觀量子態(tài)進行超快調(diào)控，通過前后時間的關(guān)聯(lián)建立晶體管級聯(lián)，從而實現(xiàn)了時域操控的“與”“或”“非”全副邏輯門功能，開拓了時間域超快調(diào)控新維度。時間域調(diào)控的引入極大擴充了潛在信息處理容量，且超快調(diào)控提高了信息處理速率，從而為大規(guī)模邏輯網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建開辟了全新道路。
該工作的共同第一作者為華東師范大學(xué)李輝研究員、已畢業(yè)博士陳飛和在讀博士賈浩遠，李輝研究員和吳健教授為共同通訊作者。該工作得到國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金重大研究計劃集成項目、上海市基礎(chǔ)研究特區(qū)計劃、上海市“科技創(chuàng)新行動計劃”基礎(chǔ)研究領(lǐng)域項目等的大力支持。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41566-024-01483-2
來源｜科技處、精密光譜科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室 編輯｜沈韻婷 編審｜郭文君
