芬蘭阿爾托大學聯合多國研究團隊開發了一種類似“納米級外科手術”的方法，為脆弱的范德華材料打造了一層“納米鎧甲”，可在不破壞材料的情況下對其進行加工，在芯片上實現光可循環傳播數百萬次的創紀錄表現。這項發表在最新一期《自然·材料》雜志上的研究，攻克了實現更快、更高效光子芯片的一大難題，標志著范德華材料的重要進展，並推動其由輔助性界面材料，向承擔核心功能的器件結構材料轉變。

自石墨烯興起以來，范德華材料因其優異的光學和電子性質而備受關注。這類材料通常由原子級薄層構成，層與層之間通過較弱的范德華力結合，可像“積木”一樣自由堆疊和調控，展現出優異性能。同時，其表面在原子尺度上極為平整，且天然不存在懸挂鍵，有助於減少光在傳播過程中的散射損耗，因此被視為下一代光子芯片的重要基礎。

然而，由於結構極其脆弱，范德華材料在加工過程中極易受到損傷。傳統納米制造技術，如聚焦離子束刻蝕或電子束加工，往往會破壞其晶體結構，甚至導致材料性能顯著下降。這一問題長期制約著其從“實驗材料”走向“功能器件”的轉變。

為破解這一難題，團隊在對材料進行納米加工之前，先在其表面覆蓋一層超薄鋁膜作為臨時保護層。這層鋁膜就像一套微觀“鎧甲”，能抵御離子束的破壞性沖擊，在保持晶體質量的同時，實現亞100納米精度的加工。

借助這一方法，團隊制備出高質量的范德華微盤諧振器。這種微型圓盤結構可有效“困住”光，使其在極小空間內持續循環傳播。實驗結果顯示，該器件的品質因子超過100萬，意味著光在每次循環中的能量損耗僅為百萬分之一。換言之，光可以在其中往返數百萬次而不明顯衰減。

這一性能比此前范德華諧振系統高出三個數量級，是該領域的一項重大突破。更重要的是，光在結構中的長時間停留，使其與材料之間的相互作用顯著增強。在二次諧波產生實驗中，研究團隊觀察到轉換效率提升約4個數量級，即約1萬倍，顯示出極強的光調控能力。

這一成果不僅為范德華材料在光子學中的應用掃清關鍵障礙，也為研究片上可重構光子電路、量子光源及高靈敏傳感器提供了新思路，顯示出其向核心功能器件轉變的應用潛力。（記者張佳欣）

【總編輯圈點】

范德華材料如同原子級別的超薄積木，是制作更小、更快光學芯片的重要基礎。但令人頭疼的是，它太脆弱了，傳統微納加工技術一碰就壞。此次，科研人員發明了一種“納米鎧甲”技術，鎧甲可以成為材料的臨時保護層。這樣一來，范德華材料能夠被精密加工，從而制作出性能驚人的微型光學器件。新方法解決了將革命性材料從實驗室樣品轉化為實際芯片器件的核心制造難題，未來，范德華材料有望在光學應用領域發揮更大作用。