對於微型超快數據處理及傳輸的發展，整合電子與光子線路是的極為關鍵技術。最近，美國及南韓科學家製作出第一個奈米發光二極體(nano-LED)，展示了以電驅動奈米級光路(optical circuit)的潛力。 研究人員在整合光子與電子線路時面臨的最大挑戰之一就是尺寸問題。由於繞射，光路的特徵尺寸不能小於光波長，所以光路的尺寸通常比電路大。不過近來科學家利用電漿子(plasmons，即量子化的電子集體振盪)將光侷限在次波長的範圍，讓光路的尺寸能縮小以搭配奈米電子電路。 史丹佛大學的Mark Brongersma及Min-Kyo Seo帶領該校及韓國高等科技研究所的團隊，證明了電驅動的表面電漿子奈米線路可望用來連結高速光子元件及奈米電子元件。雖然科學家已經能利用電漿子元件製造尺寸很小電子及光子元件，但一直缺少以電驅動奈米級光路的技術。先前曾有人嘗試電驅動的奈米雷射(nanolaser)，但進展有限，原因是奈米雷射的共振腔是由具損耗的金屬製成，因此很難在低功率及室溫下操作。Brongersma指出，他們的nano-LED利用物理上的普色效應(Purcell effect)讓金屬空腔內的光快速有效地耦合進入光波導，避免太多能量耗散在金屬上。 此美韓團隊的nano-LED主要是一個高130、寬nm60 nm的脊型LED，內含一個發光波長為970 nm的InGaAs/GaAs量子阱，LED輸出的光耦合至一個製作在金基板上寬80 nm的隙縫，激發電漿子沿著奈米級光路傳遞。拜普色效應效應之賜，在nano-LED覆蓋金屬的活性區中，自發輻射(spontaneous emission)獲得增強，進而使發光落在波導的夾縫電漿子模態(gap plasmon mode)。 Seo表示，目前nano-LED的普色因數(Purcell factor)估計約只有2，但可藉由縮短元件尺寸提高到10，配合半導體活性物質的輻射生命期低於1 ns，便可實現速度超過10 GHz的調制。他們證明電漿子可以沿著耦合至nano-LED的T型分波器傳遞，也研究了將電漿子由隙縫波導耦合至第二個波導，結果發現當兩波導中心相距160 nm時，耦合效過最好。 該團隊舉出這種整合式nano-LED有幾種可能的應用，包括奈米感測器、分光器及耦合器等，也可以用在未來的量子電漿子線路。其他可能的應用還有單光子光開關，以及控制光進出電腦晶片。該團隊未來將提升普色效應的強度及元件的效率，並發展出高效能的表面電漿子線路元件如調制器、偵測器，進而整合至單一晶片上。詳見Nature Photonics | doi:10.1038/nphoton.2014.2。 |