Основной принцип «поляритонного транзистора». Гетероструктура Ван-дер-Ваальса построена путем декорирования графена на триоксиде молибдена, а антенна стимулирует передачу поляритона через интерфейс для формирования отрицательного преломления. 
Предоставлено: Дай Цин и др.

Фотонно-электронный синтез в наномасштабе является важным направлением развития будущих высокопроизводительных информационных устройств. Интеграция оптоэлектронных устройств определяется методом оптоэлектронного соединения, который влияет на его скорость и энергопотребление и является ключом к повышению производительности устройства.

Однако фотоны не несут зарядов, а передача света ограничена пределом оптической дифракции, что затрудняет манипулирование фотонами и управление ими на наноуровне по сравнению с электронами, которые можно легко регулировать с помощью электрических средств.

В 1951 году китайский физик твердого тела академик Хуан Кун предсказал поляритонную квазичастицу, образованную взаимодействием между фотонами и веществом, с помощью своего знаменитого «уравнения Хуанга». После многих лет исследований и постоянных глубоких открытий было доказано, что поляритоны способны легко преодолевать предел оптической дифракции и сжимать длину волны света до наноразмера, а распределение полей поляритонов тесно связано с диэлектрической средой.

Команда из NCNST предложила использовать поляритоны в качестве среды для оптоэлектронных взаимосвязей, чтобы извлечь выгоду из их высокой степени сжатия и легкой модуляции света. Ожидалось, что поляритоны не только обеспечат эффективные оптоэлектронные взаимосвязи, но и предложат новые возможности обработки информации, которые значительно улучшат производительность устройств оптоэлектронного термоядерного синтеза.

В недавней работе команда Дая и их сотрудники обнаружили эффект «аксиальной дисперсии» поляризованных экситонов в кристаллах с низкой симметрией, решили проблему переноса на большие расстояния плазмоники в графене и предложили новый механизм регулирования поляритонов гетеропереходами.

На основе этого исследователи спроектировали и изготовили наноразмерную ван-дер-ваальсову гетероструктуру графен/триоксид молибдена.

Они объяснили, что гетероструктура Ван-дер-Ваальса полностью использует нанофотонные свойства различных материалов, где толщина атомного слоя обеспечивает основу для сильно сжатых оптических мод, свойства структуры решетки поддерживают изотропные (круговые) и анизотропные (гиперболические) режимы переноса, ван Суммирование дер-Ваальса удовлетворяет согласованию гибридизации мод в ближнем поле, а линейная структура энергетических зон обеспечивает платформу для гибридизации мод.

Кроме того, исследователи реализовали динамически настраиваемые положительно-отрицательные рефракционные переходы в глубоком субдифракционном пределе и преодолели узкие места производительности с точки зрения диапазона волн, потерь, сжатия и модуляции традиционных структурных оптических решений, таких как использование метаматериалов и фотонных кристаллов.

«Это динамически настраиваемое явление преобразования положительного и отрицательного преломления можно понимать как функцию «поляритонного транзистора», которая использует один тип поляритона для регулирования переключения другого поляритона, что позволяет создавать оптические логические устройства, такие как с затворами и без них ожидается, что он будет применяться во многих областях, таких как фотоэлектрический синтез», — сказал Дай, один из авторов статьи.