利用光驱动的纳米级电流推动新兴技术

传统的微电子架构，用晶体管控制电线上的电流，为从先进计算机到日常设备的一切提供动力

但随着集成电路在速度和适应性方面的回报越来越低，洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家们正在开发纳米级的基于光的系统，这些系统可以在超快微电子、室温红外检测（例如夜视）方面取得突破以及各种各样的技术应用

综合纳米技术中心的洛斯阿拉莫斯物理学家Jacob Pettine说：“从计算机到能量收集等应用，大多数现代技术都建立在推动电子四处移动的能力之上。”。“但我们控制这种电荷流的方式仍然受到传统材料和结构的限制。”

纳米天线捕获和聚焦光

正如刚刚发表在《自然》杂志上的一篇文章所述，研究团队在原子级薄的石墨烯层上设计和制造了不对称的纳米金结构。这种金结构被称为“纳米天线”，因为它们捕捉和聚焦光波的方式，形成了激发石墨烯内电子的光学“热点”。只有非常靠近热点的石墨烯电子被激发，其余石墨烯的激发程度要低得多

研究团队采用了金纳米天线的泪滴形状，其中反转对称性的破坏定义了沿着结构的方向性。热点仅位于纳米天线的尖端，导致被激发的热电子以净方向性流动的路径——电荷电流，通过激发不同的热点组合在纳米尺度上可控和可调

“这些超表面提供了一种简单的方法来控制热点的振幅、位置和方向以及纳米级电荷电流，响应速度快于皮秒，”CINT负责监督这项研究的科学家侯彤陈说。“然后你可以考虑更详细的功能。”

可控、可调电荷电流的有前途的应用

这些光电子元表面的概念演示有许多有前途的用途。所产生的电荷电流可以自然地用作光电检测的信号，在长波长红外区域尤其重要。该系统可以作为太赫兹辐射源，适用于从超高速无线通信到材料光谱表征的一系列应用。该系统还可以为控制纳米磁性提供新的机会，其中可以为适应性的纳米级磁场设计专门的电流

这一新功能可能对包括计算和微电子在内的超快信息处理也很重要。将激光脉冲和超表面用于自适应电路的能力可以允许调度较慢且通用性较差的基于晶体管的计算机和电子架构。与传统电路不同，自适应结构光场可以提供全新的设计可能性

Pettine说：“这些结果为多功能图案化和对纳米级电流的光学控制奠定了基础。”。“除了在实验室中的宝贵应用外，矢量元表面还可以在许多不同的技术领域取得进展。”