物理所基于等離激元的邏輯運算的可擴展性研究取得新進展

　　在納米尺度上對光實現操控對于基礎科學研究和實際應用都具有重要的作用。金屬納米結構的等離激元共振為實現納米尺度上的光操控提供了一種可能，正逐步顯示出其應用潛力。例如金屬納米波導對光場的強的局域性使等離激元在直徑小于半波長的一維金屬納米線中傳播時可以將能量束縛在納米波導附近。

　　近年來，中科院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室（籌）徐紅星研究組在金屬納米線的等離激元性質研究方面做出了一系列的工作，包括遠程激發的拉曼散射、與激子的相互作用、發射方向、發射偏振、分光特性、襯底效應、在彎曲納米線中的傳播等【Nano Lett. 9, 2049 (2009); 9, 4168 (2009); 9, 4383 (2009); 10, 1831 (2010); 10, 1950 (2010); 11, 706 (2011); 11, 1603 (2011); Phys. Rev. B 82, 241402 (2010); Appl. Phys. Lett. 96, 103114 (2010); Small 7, 593 (2011)】。他們還證實了通過金屬納米波導可以構建完備的納米全光邏輯器件，并且實現了1+1=2的簡單計算【Nano Lett. 11, 471 (2011)】。

　　最近，徐紅星研究組的魏紅博士等在先前工作的基礎上，對等離激元邏輯運算的可擴展性進行了研究。在金屬納米線網絡中利用等離激元的干涉效應，通過或門(OR)和非門(NOT)的級聯實現了或非(NOR)運算。利用量子點成像手段，他們揭示了該器件的工作機制，即控制端網絡結點處的等離激元電場分布必須處于極大值，從而可以跟或運算(OR)的信號實現很好的干涉，將或運算(OR)的結果反轉，實現或非(NOR)的運算。

　　該工作首次證實了等離激元邏輯的可擴展性，為未來片上集成光信息處理技術開拓了新的可能性。被審稿人評價為“一個突破”，“等離激元領域的一個重大進步，首個等離激元信號處理的結果，并具有實際應用的巨大潛力”。相關結果發表在7月12日發表的Nature Communications上(2011, DOI: 10.1038/ncomms1388)。

　　該工作得到了科技部、國家自然科學基金委和中科院知識創新工程的支持。

　　文章鏈接

圖1：或非門的級聯實現原理圖及實驗裝置示意圖

圖2：不同輸入下的輸出強度的變化

圖3：等離激元局域場的分布和入射偏振對等離激元干涉的影響