近日，東南大學電子科學與工程學院研究團隊在國際頂級期刊《Nano Letters》上發表了題為“Nanoscale Valley Modulation by Surface Plasmon Interference”（利用表面等離激元干涉實現納米尺度的能谷調制）的研究論文。論文提出通過面內相干的表面等離激元干涉（SPI）場來激發和調制激子，在納米尺度實現了對激子能谷自由度的編輯與檢測，為未來集成化、小型化半導體能谷器件的研發提供了理論與實驗基礎。

隨著半導體先進制程逼近摩爾定律的極限，光電器件的尺寸到達納米量級，傳統的理論在逐步失效，而小尺寸器件中的新機理逐漸成為器件性能提升的機遇。能谷是半導體材料能帶的極值點，通過調節激發的電子-空穴對（即激子）在不同能谷中的分布，可以像調節電荷正負或自旋上下等自由度一樣編輯或儲存信息，且多自由度可并行復用，因此提高了光電子器件單位面積的處理效率。在過渡金屬硫化物（TMDC）中，能谷可以通過光學方式選擇性調控，但受光學衍射極限影響，該方法無法實現納米尺度的精確調控。論文首次利用表面等離激元干涉場的激勵方式，在基于化學方法合成的單晶金微米板等離激元異質結構波導中實現了對局域激子態納米尺度的可控調節。通過構筑納米級周期性點陣光源，利用其激發置于納米微腔中的TMDC材料，通過相位延遲調節微腔中的SPI模式，實現材料中激子谷自由度的任意調控和編碼。這種激勵方式具有更緊湊的光斑體積和更豐富的模式選擇性，并可用于陣列器件的并行調制中。

此項工作揭示了表面等離激元干涉場模式與能谷激子態的耦合機理，突破了光學衍射極限的限制，為在納米尺度實現能谷激子量子態的調控提供了理論與實驗基礎。有望建立小型化、集成化的全光能谷器件平臺，未來可應用于光子集成芯片技術、智能量子信息調控、納米顯微操控、光量子信息存儲等領域。該論文的理論和實驗工作均在東南大學完成，電子科學與工程學院顯示中心博士生周桓立為第一作者，張彤教授為通訊作者。該研究得到了國家自然基金面上項目、國家重點研發計劃“信息光子技術”重點專項等的資助。