超速光将绝缘体变成了导体

超速光将绝缘体变成了导体

总长＜2 μm。波导将光压缩在垂直于辐射传播方向的两个维度上。

计算机模拟过程揭示了这种锥形结构形成纳米聚焦的光学几何原理。该装置的底部是平的，便于片上操作，而侧面和顶部则呈从前到后逐渐变窄的形式。

Choo说，这个团队面临的最大挑战是在这个微型装置上生成一个正锥形。首先，研究人员在一块熔融的SiO2基板上制作了一张50 nm厚的金箔。接着，利用“电子束感应沉积”法将SiO2分层堆积成正锥形，然后将另一张厚50 nm的金箔放在绝缘体的顶部。最后，采用“聚焦离子束铣削”技术修整该装置的侧面。

在实验中，将飞秒激光器发出的830 nm光聚焦到一个14 nm×80 nm的点上，这样，光束的强度比原光束增强了400倍。经计算，锥形波导能形成的最小光点可达 2 nm(宽)×5 nm(长)，然而研究人员在实验中尚未获得这样的光点。

根据Choo的说法，采用纳米聚焦技术的波导将会被用于电信和生物医学成像。

Choo和加州理工学院的博士后副研究员Myung-Ki Kim与劳伦斯-伯克利国家实验室及加州大学伯克利分校的同事们一起参与了这个项目。

通常情况下，如果用足够强的光冲击绝缘体，光会很快爆发，或慢慢减弱。但是目前，发表在《自然》杂志上的两篇论文称使用很强的飞秒激光脉冲不仅不会损伤材料，而且还能在绝缘介质——尤其是熔融的硅棱镜里——感生出电流。

这项成果是很振奋人心的，因为能快速转变成导体(再变成绝缘体)的绝缘体可用于信号切换。如今，最快的半导体切换是以太赫兹为单位测量的，但这些论文中演示的绝缘体中的感光切换能够以千万亿赫兹为单位工作——这是当前电子学速率的10 000多倍。在近期，千万亿赫兹级计量也可能实现。

这个团队是由德国普朗克量子光学研究院的费兰茨·克劳兹(Ferenc Krausz)领导的。该团队与德国慕尼黑路德维格马克西米利安大学和慕尼黑工业大学的研究人员以及美国乔治亚州立大学的马克斯托克曼(Mark Stockman)理论小组一起首先研究了小石英玻璃棱镜在受几个周期的飞秒脉冲撞击时是否会传导电流。他们用钛∶蓝宝石啁啾脉冲放大器生成了宽带可见光/红外光脉冲。每个脉冲的长度小于4 fs，能量为大约400 μJ。在脉冲撞击棱镜后，第二个较弱的脉冲感生出了电流，这可在覆有金电极的棱镜两侧面之间测定。随着脉冲之间的间隔时间不同，感应电流的方向也发生了变化。研究人员蒂姆·帕西楚·科尔伯格(Tim Paasch-Colberg)解释道:“这种行为强烈地表明，在强光场下，绝缘体材料可在不到1 fs内变成导体。”他补充道:“根据这些观察结果，我们还不能断定在相同时标内导电性也能被切断。”而这是信号处理的一项要求。

第二个实验处理的是关断速度问题。研究人员将一张SiO2薄膜暴露于相同的脉冲下。然后用时间分辨远紫外光吸收光谱法实时跟踪了由强光场导致的电性能的极快变化，即用小于100 as的紫外光脉冲(比1 fs短1000倍)探测该薄膜。“我们的研究结果表明，感应场以高度非线性方式随着驱动激光场的开启和断开行为而变化。”Elisabeth Bothschafter解释道:“因此，研究人员明确提出了感应场的可逆性。”