台大学者应用「全光学开关＋光致热效应」 发现奈米矽的超大光学非线性
▲朱士维研究团队利用矽奈米结构的特殊电磁共振模态，率领跨国团队发现「让光有效控制光」的应用。（图／台湾大学提供）
台湾大学物理学系暨分子影像中心副主任朱士维，利用矽奈米结构的特殊电磁共振模态，加上光致热效应，将矽的光学非线性效应提升了三到四个数量级，领先全球在矽奈米结构上实现不需标记或染色的超解析技术，未来可望增加矽奈米结构的非线性效应与反应速度，继续研发更高解析度的材料成像技术。
台湾半导体及晶片设计居产业的世界领先地位，主要是以自然界含量最丰富元素之一的矽元素制作出先进积体奈米电路制程。台大表示，在矽电子学领域中，关键是做出具有非线性，能够用电控制电的元件，例如电晶体。同样的，在矽光子学的领域中，用光控制光的元件，或说全光学控制元件，也是主要的关键。但是矽晶体本身的光学非线性效应实在太小，不足以作为有效的全光学控制应用。
朱士维成立国际合作团队，在科技部的「优秀年轻学者计划」、国际合作计划及学门计划的长期支持下，结合台大凝态中心博士张之威、日本大阪大学光子学中心教授Junichi Takahara髙原淳一，Katsumasa Fujita藤田克昌，中国暨南大学教授李向平团队，与中研院物理所博士林宫玄、交通大学影像与生医光电研究所教授陈国平共同合作。
▲研究团队利用矽奈米结构的特殊电磁共振模态，率领跨国团队发现「让光有效控制光」的应用。图左至右分别是交通大学影像与生医光电研究所陈国平、台大理学院院长吴俊杰、科技部自然司司长罗梦凡、朱士维教授以及中央研究院物理所林宫玄博士。（图／台湾大学提供）
台大说明，朱士维研究团队最近发表在自然科学顶尖期刊《自然通讯》Nature Communications的两篇研究中，利用矽奈米结构的特殊电磁共振模态，例如可以组成完整可见光光谱的奈米方块，或是奈米圆盘中不放光的Anapole，加上光致热效应，将矽的光学非线性效应提升了三到四个数量级，而且反应时间仅须奈秒等级。
台大进一步指出，此研究能够对个别矽奈米粒子的散射光做将近100%的调制，实现GHz超快奈米全光学开关。并且创新地应用这样的非线性，做出精度高达40奈米的远场光学超解析显微影像。不仅比起传统的光学绕射极限高出一个数量级，更于世界上领先能在矽奈米结构上实现不需标记或染色的超解析技术。
台大说明，这些研究成果提供奈米矽光学领域崭新的研究思路及应用潜力，能够拓展矽光子领域尖端应用，成为推动产业发展及创造科研价值发展的关键技术。目前科技部于新一期计划持续支持研究团队发展最新的矽晶体奈米光学技术。接下来希望进一步增加矽奈米结构的非线性效应与反应速度，也将继续研发更高解析度的材料成像技术。