德国慕尼黑工业大学（TUM）的物理学教授Alexander Holleitner和Reinhard Kienberger领导的研究团队研制出非对称等离激元天线，首次成功使用只有几纳米大小的金属天线芯片产生飞秒脉冲，并在金属表面进行了几毫米的信号传输，最后再以受控的方式读取。研究成果发表在《自然通信》上。

▍研究背景

传统电子器件工作频率可达到100GHz，光电器件的工作频率则开始于10THz，期间频率范围被称为“太赫兹空隙”。要实现能在该频率范围进行信号产生、转换和探测的器件极其困难。

▍蓝宝石材料

研究人员使用蓝宝石作为芯片材料，因为其不会受光激发，因此不会产生干扰。

▍非对称天线

研究人员使用微型被称为等离激元天线成功产生频率范围高达10THz的电脉冲，并且能在芯片表面传播。该天线采用非对称形状，纳米尺寸的金属结构的一边更尖锐。当一个透镜聚焦激光器脉冲激发天线，其尖锐的一边比平坦的一边发出更多电子。电流在这些触点间流动，但仅在天线被激光触发时。论文的主要作者Christoph Karnetzky解释说：“在光电效应中，光脉冲引发电子从金属中发射到真空中。所有的光照效应都是尖锐的边更明显，包括我们产生少量电流所用的光电效应。”

▍产生太赫兹信号

光脉冲只持续了几飞秒，天线中的电脉冲也相应短。在技术上，该结构尤其有意思，因为纳米天线能够集成到只有几毫米的太赫兹电路上。根据Karnetzky表示，以这种方式，频率范围为200THz的飞秒激光器能够通过芯片上的电路产生高达10THz的超短太赫兹信号。

▍另一令人惊奇的发现

Holleitner和其同事有另一个令人惊奇的发现：电脉冲和太赫兹脉冲都是非线性依赖于激光器的激发功率，意味着天线中的光电效应受每个光脉冲对多光子的吸收来触发。 Alexander Holleitner说：“迄今为止，如此快速、非线性片上脉冲并不存在。”使用该效应，他希望在天线中可以发现更快的隧道发射效应，并将其用于芯片。

参考文献

Christoph Karnetzky, et al, "Towards femtosecond on-chip electronics based on plasmonic hot electron nano-emitters," Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-04666-y

（本文来源：大国重器微信公众号；）

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