研究團隊開發出一種新型方法，能在晶片上捕捉光線數百萬個週期，解決了光子裝置工程領域的長期挑戰。此技術讓極薄的原子級材料免受損傷即可成型，從而釋放其在高效光學系統中的潛力。研究聚焦於范德華材料（van der Waals materials），這類超薄物質以優異的光學及電子特性聞名。儘管前景廣闊，但傳統製造方法易損壞這些材料，令其難以作為結構元件。
保護塗層實現納米級精準加工
為克服此難題，研究人員在製造前引入保護步驟。他們在材料表面塗上薄鋁層，此層吸收嚴苛加工工具的衝擊，讓材料在納米尺度精準成型而不受損壞。憑此方法，團隊製成微型碟狀結構，能極高效地限制光線。這些微碟讓光線反覆循環，損耗極低，達到以往以類似材料無法實現的效能水準。 「儘管范德華材料潛力巨大，但用作結構組件仍是重大挑戰，」Xiaoqi Cui 表示。保護塗層在製造期間充當臨時屏障，實現研究團隊所稱的「納米手術」。
「這鋁層猶如顯微級鎧甲，」Andreas Liapis 說。「它吸收離子束的破壞性衝擊。」結果產生超平滑結構，保留材料晶體品質，同時達高精度。這些裝置的品質因子超過 1,000,000，意味每次週期僅損失極微量光線。實際上，光線可在結構內循環數百萬次才衰減。「此效能超越先前范德華諧振系統三個數量級，」Zhipei Sun 指出。 高效捕捉光線帶來關鍵影響。光線長時間限於結構內，與材料交互更強烈，提升原本微弱的光學效應。
測試中，研究人員觀察到二次諧波產生效率提升 10,000 倍，此過程用於將光頻率轉換。此進展為小型光子系統開闢新途徑，並將范德華材料從被動元件轉為光子裝置的主動構件，有助開發可重組電路、量子光源及高靈敏晶片感測器。此研究證明，曾被視為過於脆弱的材料如今可工程化為具紀錄效能的功能裝置，並突顯保護製造技術與先進材料的結合如何在光子學中開啟新能力。這些材料的天然平滑無缺陷表面進一步減少光散射，提升效能。
透過精準製造與優異材料屬性，此方法推動光子晶片邁向計算及感測的實際應用。研究結果刊登於《Nature Materials》。
