应变光学：改善光电转换 提高数据传输和电信效率

应变光电子学，英语：Strainoptronics，也称为：形变光电子学，是英语strain（应变变形）、英语optics（光学）、和英语electronics（电子学）三个单词的组合，指一种在硅光子平台通过二维材料的应变变形，来设计光电器件的崭新技术。

由乔治华盛顿大学教授沃尔克·索尔格（Volker Sorger）领导的团队创造了这样的应变光学电器件，这是首次创立使用的技术方法，研究人员首次证明了包裹在纳米级硅光子波导周围的二维材料创造了一种新型的光电探测器，该探测器可以在高效率下工作，关键技术波长为1550纳米。

这种新的光电检测可以促进未来的通信和计算机系统，特别是在新兴领域，例如机器学习和人工神经网络。

现代社会不断增长的数据需求要求光域中的数据信号从光纤互联网到电子设备，如智能手机或笔记本电脑更有效转换。从光信号到电信号的这种转换过程是由光电探测器（光学网络中的关键构件）执行的。

二维材料具有与光电探测器相关的科学和技术特性。由于它们的强光吸收性，设计基于2D材料的光电探测器将能够改善光电转换，从而提高数据传输和电信效率。然而，由于它们的较大的光学带隙和低的吸收性，所以2D半导体材料，例如来自过渡金属二卤化物族的那些材料，迄今为止在电信波长下不能有效工作。

这种应变光学提供了解决此缺陷的解决方案，并为研究人员添加了工程工具，以修改2D材料的电学和光学特性，从而开发了首创的基于2D材料的光电探测器。

研究人员过去意识到了应变光电子学的潜力，在硅光子波导的顶部拉伸了一层超薄的碲化钼（一种二维材料半导体），以组装新型光电探测器。然后，使用其新创建的应变光电“控制旋钮”来改变其物理特性，以缩小电子带隙，从而使该设备能够在近红外波长，即1550纳米附近的电信（C波段）相关波长下工作。

研究人员指出，他们所发现的一个有趣的方面是：与给定应变量的块状材料相比，这些半导体2D材料可以承受的应变量明显更高。还注意到，这些新颖的基于2D材料的光电探测器的灵敏度是其它使用石墨烯的光电探测器的1千倍。这种具有极高灵敏度的光电探测器不仅可用于数据通信应用，而且还可用于医学传感甚至量子信息系统。

研究人员说，“我们不仅找到了一种工程设计光电探测器的新方法，而且还发现了一种用于光电设备的新颖设计方法，我们将其称为‘strainoptronics’（应变光电子学）。这些设备具有独特的特性，可用于光学数据通信以及用于机器学习和人工智能的新兴光子人工神经网络。”

研究人员最后指出，“有趣的是，与散装材料不同，二维材料是应变工程特别有希望的候选者，因为它们可以在破裂前承受较大的应变。在不久的将来，我们希望将应变动态地应用于许多其他二维材料，以期希望发现优化光子器件的无限可能”。

该最新研究成果论文发表在今天的《自然光学》上。