多年来，科研界希望利用原子级薄的范德华（vdW）材料打造更快、更高效的光子芯片。此类材料可被高精度堆叠与调控，但其脆弱特性使其难以用标准纳米制造工具进行结构化加工，成为限制其走向器件化的关键障碍。

一项由国际研究团队完成、奥尔托大学科学家参与的研究近日给出解决方案。研究人员开发出一种在不破坏材料晶体质量的前提下对vdW材料进行精细雕刻的方法，并在器件性能上取得创纪录结果。相关成果已发表在《自然材料》上。

研究团队指出，自石墨烯受到关注以来，vdW材料因突出的光学与电子特性而被广泛研究。其表面原子级平滑且天然无悬挂键，使其在光子学中具有优势，因为微小缺陷也可能导致光散射并降低器件性能。但奥尔托大学研究员崔晓琦表示，尽管潜力显著，将vdW材料作为结构构建块仍面临困难，原因在于“标准制造方法过于激烈”。他提到，聚焦离子束光刻等传统纳米制造手段可能损伤晶格或扭曲用于捕获光的结构。

为降低加工损伤，研究人员在雕刻vdW材料前先涂覆一层薄铝层，作为临时保护层。研究员安德烈亚斯·利亚皮斯将其形容为“微观的盔甲”，用于吸收离子束带来的破坏性冲击，从而使团队能够以低于100纳米的精度加工材料，同时保持晶体质量。

基于该工艺，团队制备出超光滑的vdW微盘谐振器。微盘可作为光的“陷阱”，使光在其中以极低损耗反复循环。研究显示，器件品质因子超过100万，意味着每次循环仅约百万分之一的光损失，光可在圆盘内循环数百万次后才出现显著衰减。孙志培教授表示，这一表现较以往vdW谐振系统提升了三个数量级。

研究还显示，高效的光限制显著增强了光与材料的相互作用，从而提升非线性光学效应。在对第二谐波产生这一过程进行测试时，团队观察到转换效率较此前记录提高四个数量级，即提升至1万倍。

研究团队认为，将vdW材料的强固有非线性与超高品质光学谐振相结合，有助于扫清vdW光子学器件化过程中的重要障碍，并为可重构光子电路、量子光源以及高灵敏光学传感器等芯片级集成应用打开新的空间。