近日，本实验室研究论文“基于液态金属等离激元非线性的多合一、全光逻辑门”（All-in-one, all-optical logic gates using liquid metal plasmon nonlinearity）在国际知名期刊Nature Communications上在线发表。原实验室成员徐金龙研究员（现任职于福州大学物信学院）、张弛博士（现就职于华为）、南京工业大学王雨淋副教授为共同一作，南京大学谢臻达教授、胡小鹏教授、周林教授为通讯作者。该工作得到祝世宁院士的悉心指导。其他合作者包括深圳大学张晗教授、台湾中山大学李晁逵教授等。本工作特别致谢南京大学张春峰教授和中科院物理所赵继民研究员分别对本工作瞬态过程测量和理论仿真方面提供的悉心帮助。

随着人工智能等前沿科学应用对大规模算力的需求爆发性增长，当前最先进的电子芯片也开始出现计算性能的瓶颈。因此，具有70多年历史的光子计算技术近年来又重新受到广泛关注。光子计算在实时并行处理大密度数据方面具有极为重要的潜力，被认为有望为解决后摩尔时代高速计算的瓶颈提供关键支撑。然而作为光子计算的“心脏”，光子芯片的发展一直受限于光逻辑门较窄的工作带宽和较高的集成难度。

本工作设计并实现了一种多功能可重构的超宽带全关逻辑门器件。基于双光束交叉相位调制结构中的相位变化关系，提出了通过动态控制非线性折射率场，对信号光非线性相位进行可逆调控的新机制；并基于对液态金属纳米液滴超宽带等离激元效应的发现，实现了非线性折射率的极大增强，在单一光学结构上集成了9种基本的布尔逻辑门功能（与门，或门，非门，或非门，与非门，异或门，同或门，蕴含门，蕴含非门），工作带宽可覆盖400-4000nm的可见-中红外范围。本工作为高集成、高并行度、大数据密度、高速光子芯片的实现提供了一种可行方案。

https://www.nature.com/articles/s41467-024-46014-3