纳米光子器件中的超快光调制技术突破

赫瑞瓦特大学（Heriot-Watt University）的研究团队在光子技术领域取得重大突破。该团队聚焦于透明导电氧化物（TCOs）——一种能够高速调控光传播路径的纳米材料。

长期以来，科学家推测通过引入时间变量可改变材料的光学特性。这一设想如今被爱丁堡工程与物理科学学院的纳米光子学专家实现。

这类可形成250纳米（0.00025毫米）超薄薄膜的材料，已被广泛应用于太阳能电池板和触摸屏。

在纳米光子学副教授Marcello Ferrera博士的带领下，赫瑞瓦特大学团队与普渡大学（Purdue University）合作，利用超快光脉冲成功“雕刻”了透明导电氧化物（TCOs）的响应特性。

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由此产生的时间构造层可改变单个光子的能量和方向。这种前所未有的能力为光子调控开辟了新维度。

该发现有望以远超当前的容量和速度处理数据，对集成量子技术、超快物理、光计算和人工智能等领域具有颠覆性意义。

Ferrera博士表示：“通过非线性材料充分开发光学带宽，企业和机构可处理海量信息。这对数据中心、AI技术等领域意义重大，并将支撑我们尚未完全理解的全新技术。”

他进一步指出：“社会对带宽的需求如饥似渴。若想实现完全沉浸式3D虚拟会议，需超强算力与处理速度，这只能由超快全光学元件提供。我们的材料研究可将计算速度提升数个数量级，以极低能耗处理巨量信息。”

研究团队通过与博士生Sven Stengel和博士后研究员Wallace Jaffray博士合作，实现了对TCOs材料中光子速度的精准调控。这种能力不仅可实现光的放大和量子态生成，还赋予了光调控的“第四维度”——时间维度。

Ferrera博士强调：“自激光发明以来，寻找能在低能耗光照下超快剧变的材料一直是全光学技术的‘圣杯’。这类时变介质是数十年来最接近完美光控材料的突破，将催生全球科学家竞相探索的新效应。非线性光学正进入无需慢速电信号即可实现全光调控的新时代。”

普渡大学杰出教授Vladimir M. Shalaev指出：“这类低折射率透明导体在集成非线性光学领域引发革命，以前所未有的时间尺度高效调控光信号。”

该校另一位杰出教授Alexandra Boltasseva补充：“研究表明，借助这些材料，我们终于能利用时间变量突破传统工艺限制，设计更复杂的光学特性。”

目前，Ferrera博士已获得英国-加拿大量子科学研究合作计划提供的650万英镑资助，将在未来两年深化相关研究。

这项突破不仅为光计算和量子技术铺路，更可能重新定义人类与信息的交互方式。正如Ferrera所言：“科技的目标是模拟人脑，但需通过电子硬件实现。我们研究的材料正是实现低能耗、高算力计算单元的关键要素。”当光子的时空特性被完全掌控，一场静默的光学革命已悄然启幕。

相关链接：https://doi.org/10.1038/s41566-025-01640-1