光子计算、存储和通信是未来光子和全光神经网络的基础。纳米尺度等离子体以其超快的响应速度和超小的模式体积在光子的集成中发挥着重要作用。然而，由于许多先前系统的材料和基本原理的限制，它们往往与现有的光电子学不兼容，其稳定性和可操作性受到很大影响。

《国家科学评论》 (Natl. Sci. Rev. 2024 11(5), nwad280)最近发表的一篇报告介绍了一项基于热载流子输运的表面等离子体的动态可逆光学调制研究。该研究将金属纳米等离子体的高速响应与半导体的光电调制相结合，通过光学激发热电子，调制金中的电荷密度和纳米间隙的电导率，最终实现等离子体共振的可逆超快切换。从而为纳米光子中的光电开关提供了重要的原型。该研究由武汉大学陶丁教授课题组牵头，与南方科技大学的徐红星教授、周莉副教授、王倜研究员和王曲泉教授合作完成。

研究团队首先制备了Au@Cu 2-x S核壳纳米粒子(图1a)，并对其微观结构进行了表征。实验结果表明，溶胶-凝胶法可以得到不同壳厚度的Au@Cu 2-x S核壳纳米粒子(图1b)，为实现纳米尺度等离子体的超快动态调控提供了理想的载体。不同基底上的Au@Cu 2-x S纳米粒子可以实现等离子体的超快动态调控。在激光辐照下， SiO 2 /Si基底上的Au@Cu 2 -x S纳米粒子的等离子体共振峰出现红移(图1c-e)，而在Au基底上的Au@Cu 2-x S纳米粒子的等离子体共振峰出现蓝移(图1f-h)，当关闭激光时，共振峰又回到初始位置。所有的光电调控过程都表现出可逆、可控和较快的响应速度。瞬态吸收(TA)光谱(图1i)和理论计算(图1j)表明，Au@Cu 2-x S等离子体复合结构的光激发可以引起Au中的热电子转移到Cu 2-x S，导致Au的电子密度降低和局域表面等离子体共振(LSPR)红移(图1k)。相反，当Au@Cu 2-x S放置在Au基底(NPoM结构)上时，热电子可以通过Cu 2-x S层传输到Au基底，增加纳米间隙的电导率并引起耦合的等离子体极化子蓝移(图1l)。这种基于热载流子输运的等离子体控制策略特别适合于光电器件集成，为光子计算和互连提供了器件原型。