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请遗忘为光运算而试图将雷射整合到硅芯片的想法，并替电信发射红外线信号改用纳米修补电浆天线(Nanopatch Plasmonic Antenna，NPA)，现在速度高达90GHz的NPA，也许明天就可以达到Terahertz(THz)。
“我们希望可以加快发射速率，以建立一个超快且超高亮度的发光二极管(LED)。”杜克大学(Duke University)助理教授Maiken Mikkelsen说，这将涉及使用导电材料来产生电流到量子点(Quantum Dot，QD)，以从相同的电浆架构创造更强的发射。“设备有可能在非常低的功率位准下运作—在很少的阿焦耳(Attojoules，AJ)(编按：AJ 是一种能源的计算单位，1AJ等于6.241506363 伏特)—这是未来转换信息处理和通讯的关键，不过目前受限于散热问题。”Mikkelsen表示。
整个半导体产业一直试图进行从电子到光子的转换，以作为硅芯片上的计算信号介质，除了射极之外，每一种硅光子组件都已被验证。不幸的是，雷射—标准的通讯射极—与硅不兼容，虽然有上千种方法正被研究中，以解决这个问题。现在杜克大学电子工程师说，忘了雷射，并使用他们的NPA耦合到量子点以在芯片上链接到90GHz和更高频率，或在他们之间以超过50%的辐射量子效率。
图片显示一个NPA(银色方块)，在其上方有个金属基板(金色)用以分离一个聚合物(未标示)与胶体量子点(QD，红色)。
Source：杜克大学，2015/07
杜克大学Maiken Mikkelsen的团队在“采用电将纳米天线的超快自发辐射源(Ultrafast spontaneous emission source using plasmonic nano-antennas)”一文提到，传统射极如分子、量子点和半导体量子井(Well)有1~10奈秒(ns)寿命的缓慢自发辐射，创造一个和高速 纳米光电组件的不匹配，就如LED、单光子源和雷射。在这里，我们透过实验证明一个超快(小于11皮秒)的自发辐射有效来源，其相应的发射率超过 90GHz。
为了实现他们的高速交换率，研究人员利用电浆(在一个波形上共振的表面自由电子)作为纳米天线，该天线由一个银 纳米立方体耦合到一个金属薄膜(20个原子的薄度)组成，并利用薄型聚合物隔离层和量子点胶体核心外壳以隔离基板。这种结构增加了自发辐射率，自发辐射率 提高880倍时，可增强的荧光强度；提升到2,300倍时，可保持高效率。
博士后研究生Gleb Akselrod(左)和Thang Hoang(右)在Maiken Mikkelsen(中)的实验室，检查他们的NPA耦合到量子点的情况。
Source：杜克大学，2015/07
“我们已经从一个由电浆纳米天线耦合到胶体量子点的混和系统，证明发射速度超过11皮秒的超快自发辐射源。”Mikkelsen和同事在他们的研究报告中说。
一个额外的好处是，透过控制纳米立方体的尺寸和绝缘电介质的间隙厚度，辐射频率可以调谐到现今所使用的电信频率。加上NPA耦合到他们的量子点并运作时，所需的电力比雷射还要低，并允许光芯片可在更低的温度运作，从而使行动装置有更长的电池续航力。
NPA(蓝色)和量子点(红色)耦合的穿透式电子显微镜(TEM)影像。
Source：杜克大学，2015/07
未来。研究人员希望光学地与电气地激发电浆纳米天线，便让这两种方式可以进一步解决最后障碍，以在传统电子装置中整合光子学。研究小组还希望能够更精准地放置量子点，以便促使荧光率能更接近THz的范围。
本 研究的资金是由空军办公室的科学研究青年基金计划(Air Force Office of Scientific Research Young Investigator Program，AFSOR YIP)、AFSOR、橡树岭联合大学(Oak Ridge Associated University，ORAU)的Ralph E. Powe青年学院提升奖(Junior Faculty Enhancement Award)、北加州贵族基金会(Lord Foundation of North Carolina)，以及情报界博士后研究奖学金计划(Intelligence Community Postdoctoral Research Fellowship Program)共同赞助。
编译：Anthea Chuang
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