澳科大团队在Nature Communications发表论文 为下一代光电芯片筛选关键纳米材料与技术
随着传统芯片性能逼近物理极限，科学家正寻找以光子替代电子的新一代资讯载体。然而，光波波长通常远大于纳米芯片结构，如何把光压缩到片上尺度，成为光电芯片发展的核心瓶颈。近日，澳门科技大学澳门材料科学与工程研究院（MIMSE）助理教授欧清东，与新加坡国立大学教授Cheng-Wei Qiu、教授Kostya S. Novoselov、澳大利亚莫纳什大学教授Stefan A. Maier团队等多所国际顶尖机构合作，在 Nature Communications 发表题为“Two-dimensional metal oxide polaritonics”的重要综述论文，为下一代光电芯片筛选关键纳米材料与技术。
Nature Communications 发表论文
我们每天用的手机、电脑，依靠的是电子在芯片中跑来跑去传递信息；但科学家一直在思考，能不能用光来代替电子——光的传播速度比电子快得多，能耗也更低。然而，要实现光芯片面临一个根本难题：光很难被「压缩」到纳米尺度的芯片上，因为光波的波长通常比芯片上的电路大得多，就像用一根粗水管往细针眼里注水。近年来，科学家发现了一种有可能的解决办法：让光与材料中的原子振动或电子运动混合在一起，形成一种既像光又像物质的混合粒子——极化激元；这种粒子既保留了光的传播速度，又继承了物质的小尺寸特性，可以将光压缩到纳米尺度。
过去十几年，科学家主要研究的是石墨烯等少数几种二维材料中的极化激元。但澳科大团队注意到，还有一个庞大的材料家族并没有得到应有的重视——二维金属氧化物。金属氧化物在我们的生活中无处不在——沙子（二氧化硅）、蓝宝石（氧化铝）、半导体芯片中的氧化铪……它们种类繁多、储量丰富、性能各异。但长期以来，科学家主要把它们当做绝缘体或半导体来用，很少关注它们在「操控光」方面的潜力。
在该综述文章中，团队系统梳理了数十种二维金属氧化物的光学特性。他们发现，从高对称性的立方晶体到低对称性的三斜晶系，金属氧化物家族几乎覆盖了从可见光到太赫兹的整个光谱范围，为不同类型的极化激元提供了丰富的材料库。
金属氧化物极化激元的元素周期表
文章进一步总结了几种让光「听话」的实用招数——比如把两层材料扭转一个角度、像叠积木一样把不同材料堆在一起、在材料表面刻上纳米尺度的花纹，或是透过温度变化来切换材料的状态。这些方法就像给光装上了方向盘和开关，让科学家能更灵活地操控光在芯片上的传播路径。最后描绘了一个令人期待的未来图景：基于二维金属氧化物的极化激元纳米器件，未来可以集成到光电芯片上，用于高效散热、光学计算和生物检测等领域。
极化激元集成电路
自2022年9月加入澳科大以来，在MIMSE平台与院长李述汤院士的支持下，欧清东研究团队逐渐在极化激元光子学与光电器件研究领域形成鲜明特色，围绕纳米光子学、二维材料与器件、光电器件集成等领域取得系列突破进展。近2年，以通讯作者身份在 Nature Photonics、Nature Synthesis、Nature Communications、Science Advances、Advanced Materials等国际权威期刊发表高水平SCI论文20余篇，形成了从基础光学物理到光电器件技术的二维纳米材料交叉研究体系。课题组合作网络覆盖美国、欧洲、澳大利亚、新加坡、巴西等国家和地区，并与莫纳什大学、新加坡国立大学等国际知名高校和科研机构建立了长期稳定的合作研究体系。
该论文的第一作者为澳门科技大学博士生钟港。通讯作者为澳门科技大学欧清东助理教授、新加坡国立大学Cheng-Wei Qiu教授、Kostya S. Novoselov 教授、澳大利亚莫纳什大学Stefan Maier 教授。本工作由澳门科学技术发展基金（0065/2023/AFJ、0131/2025/RIA2、0004/2025/RDP）、国家自然科学基金（52402166）、广东省自然科学基金（2025A1515011120）等项目资金资助。
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