来源：美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）；电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 吕星宇 编译

    传统的微电子结构，是用晶体管来控制电线上的电流，以便于为从高级计算机到普通设备提供动力。

    但是，由于集成电路在速度和适应性方面的回报越来越小，洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家们正在开发纳米尺度的基于光的系统，该系统可以在超高速微电子、室温红外探测(例如，夜视)和各种技术应用方面取得突破。

    “大多数现代技术，从计算机到像能量收集这样的应用，都是建立在推动电子的能力之上的，”洛斯阿拉莫斯综合纳米技术中心(CINT)的物理学家雅各布•佩廷(Jacob Pettine)说。“但是我们控制这种电荷流的方式仍然受到传统材料和结构的限制。”

    纳米天线捕捉并聚焦光

    正如最近发表在《自然》杂志上的一篇文章所描述的那样，研究小组在原子薄的石墨烯层上设计并制造了不对称的纳米级金结构。这种金结构被称为“纳米天线”，基于它们捕获和聚焦光波的方式，形成光学“热点”，激发石墨烯内的电子。只有非常靠近热点的石墨烯电子被激发，其余的石墨烯保持较少的激发。

    研究小组采用了泪滴形状的金纳米天线，其中逆对称性的破坏定义了沿结构的方向性。热点仅位于纳米天线的尖端，这导致了一条路径，在这条路径上，被激发的热电子以净方向性流动——一种在纳米尺度上通过激发不同的热点组合可控制和调节的电荷电流。

    “这些超表面提供了一种简单的方法来控制热点和纳米级电荷电流的振幅、位置和方向，响应速度比皮秒还快，”CINT负责这项研究的科学家Hou-Tong Chen说。“然后你可以考虑更详细的功能。”

    有前景的应用可控制，可调的充电电流

    这些光电超表面的概念演示具有许多有前途的应用。产生的电荷电流自然可以作为光探测的信号，在长波长的红外区域尤为重要。该系统可以作为太赫兹辐射源，用于从超高速无线通信到材料光谱表征的一系列应用。该系统还可以为控制纳米磁性提供新的机会，其中专门的电流可以设计为适应性强的纳米级磁场。

    这种新能力对于包括计算和微电子在内的超快速信息处理也很重要。将激光脉冲和超表面用于自适应电路的能力可以允许调度速度较慢且不太通用的基于晶体管的计算机和电子架构。与传统电路不同，自适应结构光场可以提供全新的设计可能性。

    “这些结果为纳米级电流的多用途图案和光学控制奠定了基础，”Pettine说。“随着实验室中有价值的应用，矢量元表面可能会在许多不同的技术领域取得进步。”