可快速调谐的半导体超材料

　　来自俄罗斯莫斯科大学的研究人员和来自美国桑迪亚国家实验室的研究人员，和来自德国席勒大学的研究人员设计了一种基于砷化镓纳米材料的超快可调谐超材料。他们的这项研究发表在《自然通讯》杂志上。这种新的光学超材料为纳米尺度上的超快信息传输铺平了道路。

　　光学超材料是一种人造的光学媒介，由于纳米结构，其通常具有一些不同寻常的光学性质。近20年来，研究人员设计了许多超材料作为基础的设备，包括隐藏那些对于化学物质等较为敏感的目标。然而，在制造过程中，超材料的性能是保持不变的。该小组想出了一种方法，使超材料的性能实现“打开”和“关闭”，并且这种过程的转变发生地非常快，超过1000亿次每秒。

　　研究人员通过电子束光刻和随后的等离子刻蚀，在薄砷化镓膜中制备了超材料。材料包括半导体纳米粒子阵列，从而具有共振集中和“保持”纳米光的特性。换句话说，当光照射超材料上时，它是“被困”在纳米粒子中并与它们更有效地相互作用。

　　超快可调谐超材料的工作原理在于产生电子-空穴对。在稳定状态下，超材料是呈反射性质的。然后，研究人员用超短激光脉冲照射超材料。它的能量被用来在物质中产生电子和电子空位“空穴”。电子和空穴的存在改变了超材料的特性，使其不再反射。在一瞬间，电子和空穴相互相遇消失，超材料再次反射。在这种方式中，这种情况是可能用来实现构建光学逻辑元件，这也打开创建超快光学计算机的可能性。

　　在2015年，这同一组织曾合作报告了类似的基于硅纳米结构的设备。在他们的新研究中，砷化镓被用来代替硅，这让控制光通过超材料中的效率增加了一个数量级。

　　在未来，这一研究可以实现几十甚至数百兆比特每秒的处理速度的信息传输装置。高效率的可调谐半导体超材料的演示是迈向这一高速信息处理的一个重要的一步。