赫瑞瓦特大學（Heriot-Watt University）的研究團隊在光子技術領域取得重大突破。該團隊聚焦于透明導電氧化物（TCOs）——一種能夠高速調控光傳播路徑的納米材料。

長期以來，科學家推測通過引入時間變量可改變材料的光學特性。這一設想如今被愛丁堡工程與物理科學學院的納米光子學專家實現(xiàn)。

這類可形成250納米（0.00025毫米）超薄薄膜的材料，已被廣泛應用于太陽能電池板和觸摸屏。

在納米光子學副教授Marcello Ferrera博士的帶領下，赫瑞瓦特大學團隊與普渡大學（Purdue University）合作，利用超快光脈沖成功“雕刻”了透明導電氧化物（TCOs）的響應特性。

圖片:搜狗截圖20250319232042.png

由此產生的時間構造層可改變單個光子的能量和方向。這種前所未有的能力為光子調控開辟了新維度。

該發(fā)現(xiàn)有望以遠超當前的容量和速度處理數(shù)據(jù)，對集成量子技術、超快物理、光計算和人工智能等領域具有顛覆性意義。

Ferrera博士表示：“通過非線性材料充分開發(fā)光學帶寬，企業(yè)和機構可處理海量信息。這對數(shù)據(jù)中心、AI技術等領域意義重大，并將支撐我們尚未完全理解的全新技術。”

他進一步指出：“社會對帶寬的需求如饑似渴。若想實現(xiàn)完全沉浸式3D虛擬會議，需超強算力與處理速度，這只能由超快全光學元件提供。我們的材料研究可將計算速度提升數(shù)個數(shù)量級，以極低能耗處理巨量信息。”

研究團隊通過與博士生Sven Stengel和博士后研究員Wallace Jaffray博士合作，實現(xiàn)了對TCOs材料中光子速度的精準調控。這種能力不僅可實現(xiàn)光的放大和量子態(tài)生成，還賦予了光調控的“第四維度”——時間維度。

Ferrera博士強調：“自激光發(fā)明以來，尋找能在低能耗光照下超快劇變的材料一直是全光學技術的‘圣杯’。這類時變介質是數(shù)十年來最接近完美光控材料的突破，將催生全球科學家競相探索的新效應。非線性光學正進入無需慢速電信號即可實現(xiàn)全光調控的新時代。”

普渡大學杰出教授Vladimir M. Shalaev指出：“這類低折射率透明導體在集成非線性光學領域引發(fā)革命，以前所未有的時間尺度高效調控光信號。”

該校另一位杰出教授Alexandra Boltasseva補充：“研究表明，借助這些材料，我們終于能利用時間變量突破傳統(tǒng)工藝限制，設計更復雜的光學特性。”

目前，F(xiàn)errera博士已獲得英國-加拿大量子科學研究合作計劃提供的650萬英鎊資助，將在未來兩年深化相關研究。

這項突破不僅為光計算和量子技術鋪路，更可能重新定義人類與信息的交互方式。正如Ferrera所言：“科技的目標是模擬人腦，但需通過電子硬件實現(xiàn)。我們研究的材料正是實現(xiàn)低能耗、高算力計算單元的關鍵要素。”當光子的時空特性被完全掌控，一場靜默的光學革命已悄然啟幕。

相關鏈接：https://doi.org/10.1038/s41566-025-01640-1