超速光將絕緣體變成了導體

超速光將絕緣體變成了導體

總長＜2 μm。波導將光壓縮在垂直于輻射傳播方向的兩個維度上。

計算機模擬過程揭示了這種錐形結構形成納米聚焦的光學幾何原理。該裝置的底部是平的，便于片上操作，而側面和頂部則呈從前到后逐漸變窄的形式。

Choo說，這個團隊面臨的最大挑戰是在這個微型裝置上生成一個正錐形。首先，研究人員在一塊熔融的SiO2基板上制作了一張50 nm厚的金箔。接著，利用“電子束感應沉積”法將SiO2分層堆積成正錐形，然后將另一張厚50 nm的金箔放在絕緣體的頂部。最后，采用“聚焦離子束銑削”技術修整該裝置的側面。

在實驗中，將飛秒激光器發出的830 nm光聚焦到一個14 nm×80 nm的點上，這樣，光束的強度比原光束增強了400倍。經計算，錐形波導能形成的最小光點可達 2 nm(寬)×5 nm(長)，然而研究人員在實驗中尚未獲得這樣的光點。

根據Choo的說法，采用納米聚焦技術的波導將會被用于電信和生物醫學成像。

Choo和加州理工學院的博士后副研究員Myung-Ki Kim與勞倫斯-伯克利國家實驗室及加州大學伯克利分校的同事們一起參與了這個項目。

通常情況下，如果用足夠強的光沖擊絕緣體，光會很快爆發，或慢慢減弱。但是目前，發表在《自然》雜志上的兩篇論文稱使用很強的飛秒激光脈沖不僅不會損傷材料，而且還能在絕緣介質——尤其是熔融的硅棱鏡里——感生出電流。

這項成果是很振奮人心的，因為能快速轉變成導體(再變成絕緣體)的絕緣體可用于信號切換。如今，最快的半導體切換是以太赫茲為單位測量的，但這些論文中演示的絕緣體中的感光切換能夠以千萬億赫茲為單位工作——這是當前電子學速率的10 000多倍。在近期，千萬億赫茲級計量也可能實現。

這個團隊是由德國普朗克量子光學研究院的費蘭茨·克勞茲(Ferenc Krausz)領導的。該團隊與德國慕尼黑路德維格馬克西米利安大學和慕尼黑工業大學的研究人員以及美國喬治亞州立大學的馬克斯托克曼(Mark Stockman)理論小組一起首先研究了小石英玻璃棱鏡在受幾個周期的飛秒脈沖撞擊時是否會傳導電流。他們用鈦∶藍寶石啁啾脈沖放大器生成了寬帶可見光/紅外光脈沖。每個脈沖的長度小于4 fs，能量為大約400 μJ。在脈沖撞擊棱鏡后，第二個較弱的脈沖感生出了電流，這可在覆有金電極的棱鏡兩側面之間測定。隨著脈沖之間的間隔時間不同，感應電流的方向也發生了變化。研究人員蒂姆·帕西楚·科爾伯格(Tim Paasch-Colberg)解釋道:“這種行為強烈地表明，在強光場下，絕緣體材料可在不到1 fs內變成導體。”他補充道:“根據這些觀察結果，我們還不能斷定在相同時標內導電性也能被切斷。”而這是信號處理的一項要求。

第二個實驗處理的是關斷速度問題。研究人員將一張SiO2薄膜暴露于相同的脈沖下。然后用時間分辨遠紫外光吸收光譜法實時跟蹤了由強光場導致的電性能的極快變化，即用小于100 as的紫外光脈沖(比1 fs短1000倍)探測該薄膜。“我們的研究結果表明，感應場以高度非線性方式隨著驅動激光場的開啟和斷開行為而變化。”Elisabeth Bothschafter解釋道:“因此，研究人員明確提出了感應場的可逆性。”