科学家成功把损耗变为光波“方向盘”

光在纳米尺度的材料里跑，总会遇到能量损耗，这通常被认为是坏事。然而，上海交通大学等单位的科研人员却反其道而行之，提出了一种“损耗工程”方法：不再与损耗对抗，而是把它变成调控光波走向的“方向盘”，只要施加电压，就能让光波在微小光路中改变传播方向，甚至从对称传播转为不对称传播。这为制造更小、更快的光芯片提供了新思路。相关研究成果7日在线发表于《自然·材料》杂志。

在纳米尺度下，光可以被压成一种叫“极化激元”的波，沿着材料表面跑。但光路越窄，损耗越大，就像车道越窄越容易堵车。过去，科学家想尽办法减少这种损耗，就像修路时尽量把路面铺平，减少摩擦。“既然损耗躲不掉，能不能让它为我们干活？我们一直在研究如何把损耗利用起来。”论文共同通讯作者、上海交通大学教授戴庆说。

此次，他们设计了一个两层结构：顶层是一种叫氧化钼的材料，光可以在上面传播；底层是一层排列得整整齐齐的碳纳米管薄膜，像一层特殊的“路面”。这层“路面”对光的阻力不是均匀的，不同方向阻力不一样。最关键的是，加一个电压，就能改变这些阻力的大小和方向。

这样一来，原本光波会对称地向两边跑，就像双向车道，但通过调节电压，团队可以让一侧的“路面”变得特别“粗糙”，光往那边跑就衰减得厉害，于是光波自然就偏向另一侧，成了“单行道”。而且这个偏转是连续可调的，电压变一点，光的方向就变一点，还能随时改回来。

团队用近场成像、电学测量和红外光谱确认了这一效果。戴庆表示，这种方法不依赖两种光波混合，直接用损耗来筛选光走哪条路，未来有望用于高速光通信、光开关和光路由器。