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2025-09-03 21:38

中國科大實現(xiàn)可任意重構的光控微納米電流通路

中國科大郭光燦院士團隊孫方穩(wěn)課題組和國家同步輻射實驗室/核科學技術學院鄒崇文課題組合作，通過對二氧化釩（VO2）薄膜局域絕緣態(tài)-金屬態(tài)相變的光學調(diào)控，實現(xiàn)形狀可任意重構的微納米電流通路，并展示其在固態(tài)自旋量子操控的應用。該成果8月29日以“Reconfigurable photothermal doping filament for selective spin manipulation and addressing”為題發(fā)表在《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS）上。 %.Mtn%:I*
對微納米尺度電流的操控和探測是實現(xiàn)信息和能量傳輸?shù)闹匾侄危钱斍凹呻娮訉W和信息科學的核心技術，并在量子科學等前沿基礎領域被廣泛研究和應用。隨著信息處理需求的增加，基于傳統(tǒng)半導體工藝的微納電子器件越來越復雜，功耗越來越大。可重構電子器件為發(fā)展下一代信息技術提供一種新方案，與傳統(tǒng)單一功能電子器件不同，其能夠根據(jù)任務需求動態(tài)改變自身功能特性，具備在不增加集成電子器件數(shù)量和結構復雜度的情況下實現(xiàn)更多功能的潛力。 E fqa*,k
孫方穩(wěn)課題組和鄒崇文課題組長期開展跨學科合作，在可重構量子器件研制和量子傳感應用方面開展了研究。利用二氧化釩強關聯(lián)氧化物材料制備類腦神經(jīng)元結構，并基于金剛石色心自旋傳感實現(xiàn)對二氧化釩人工神經(jīng)元器件的量子成像（Sci.Adv.9, eadg9376(2023)）。 M>0~Ek%3

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圖1.光控電流通路的寫入示意圖

在本工作中，研究人員提出了一種“光熱摻雜”技術(Photothermal doping)，通過掃描聚焦光束，并利用其光熱效應觸發(fā)二氧化釩薄膜瞬態(tài)絕緣體-金屬相變，形成局域“光熱摻雜”微區(qū)(類似半導體離子注入摻雜)，從而在微米尺度實現(xiàn)任意形狀電流通路的可重構寫入。該方法將光場調(diào)控信息映射到電流通路的空間分布，顯示出靈活的電流位置、方向、寬度等參數(shù)實時調(diào)控能力，實現(xiàn)如“S”形狀的任意彎曲電流制備。研究人員將該可重構電路器件用于直流、微波信號的傳輸，通過電流產(chǎn)生局域電磁信號對金剛石色心自旋量子體系的泵浦，實現(xiàn)拉比振蕩、冉塞條紋等量子態(tài)相干操控。研究人員進一步通過對電流形狀的任意調(diào)控，結合電流產(chǎn)生的磁場梯度，實現(xiàn)對不同空間位置固態(tài)自旋陣列的選擇性操控，展示了空間尋址的能力。