光学前沿动态
OPTICS FRONTIERS
28
2026
-
05
二维材料WS?，谷光电子芯片 | Nature Photonics
作者：
过渡金属二硫族化合物作为直接带隙半导体，谷自由度与圆偏振光激发的谷极化激子直接耦合，实现谷依赖的手性光子，从而实现超快的光驱动谷电子学。然而，要实现完全集成的谷光电子学，即芯片上原位产生、选择性路由，以及电学读取谷依赖手性光子，至今仍是未解决的挑战之一。
近日，澳大利亚莫纳什大学任浩然、Stefan A. Maier团队联合新加坡科技研究局董兆冈教授和澳门科技大学欧清东教授等在Nature Photonics上发文，报道了一种谷驱动的混合光电子纳米电路，将手性选择性超波导光电探测器与过渡金属二硫族化合物集成在一起。
在室温条件下，该研究特意设计的超波导器件，通过封装在其中的单层二硫化钨，在二次谐波产生过程中，生成了近乎完美的谷依赖手性光子（手性接近1），并选择性地耦合到单向波导模式中，实现了高达0.97的偏振选择性。这些谷依赖的波导模式被原子级薄的少层二硒化钨光电探测器探测到，该探测器，仅对带隙以上的上转换光子产生响应，从而实现了谷复用图像的全片上处理。
这一工作弥合了光波谷电子学中的关键空白，为紧凑、可编程、可扩展的谷信息处理铺平了道路，并推动了基于光的谷电子学量子技术发展。
第一作者：Chi Li (李驰), Kaijian Xing (邢凯健)通讯作者：Qingdong Ou (欧清东), Zhaogang Dong, Stefan A. Maier & Haoran Ren 通讯单位：莫纳什大学，新加坡科技研究局，澳门科技大学An on-chip programmable valley optoelectronic nanocircuit. 片上可编程谷光电子纳米电路
图1 | 波导路由光子检测方案和片上可编程谷光电子纳米电路的示意图，对比了远场与近场检测的收集效率差异，阐释了全片上谷依赖手性光子产生、选择性路由和电学检测的工作原理及非线性谷选择规则能带图。
图2 | 手性选择性超构波导的设计、仿真与实验表征，包括三维构型、电场分布、波长依赖性耦合强度、偏振选择性随间隔距离变化规律，以及制备样品的SEM图像和远场圆偏振光选择性路由实验结果。
图3 | 谷依赖手性光子的产生与单向波导路由，呈现了hBN封装WS?单层的二次谐波产生特性、波长与功率依赖性，以及通过超构波导实现SHG光子单向路由的远场光学图像。
图4 | 集成WSe?光电探测器的VMP器件表征与谷多路复用图像处理演示，包括器件结构、光电流响应、偏振敏感性测量，以及Kangaroo和Koala图像的谷编码输入与光电探测器解码输出结果。
来源：今日新材料
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