中國科大郭光燦院士團隊鄒長鈴教授與中國科學(xué)院化學(xué)研究所車延科研究員、張闖研究員等合作，成功研制出一種運動軌跡可編程的光致動器，用于集成光學(xué)芯片上的器件重構(gòu)。該制動器由有機分子晶體組成，尺寸僅為微米量級，可以通過低功率激光遠場照射的方式進行供能驅(qū)動和軌跡調(diào)控，從而在光芯片上實現(xiàn)直行、轉(zhuǎn)彎、跨越波導(dǎo)運動，進一步實現(xiàn)對片上微結(jié)構(gòu)的組裝和操控?；诖耍芯繄F隊首次在光子芯片上實現(xiàn)了對微環(huán)諧振腔共振頻率的動態(tài)、半永久性的精密調(diào)控。該研究成果以“Optically-driven organic nano-step actuator for reconfigurable photonic circuits”為題，9月2日在國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然·通訊》（Nature Communications）上發(fā)表。

可重構(gòu)光子集成線路是未來自適應(yīng)光計算、量子信息處理和智能傳感系統(tǒng)的核心組件，其微納結(jié)構(gòu)的后期組裝與動態(tài)重構(gòu)能力是目前該領(lǐng)域面臨的重要挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)器的調(diào)控手段往往需要持續(xù)性的供能；而現(xiàn)有微操控技術(shù)，如光鑷需在液相環(huán)境中操作且近場探針易造成器件損傷，均難以滿足片上非液相、非破壞性和低功耗操控的需求。

圖1.有機光致動器操控的實驗裝置與示意圖

研究團隊創(chuàng)新性地利用靛藍類給受體分子制備出有機微晶光致動器，在405nm激光驅(qū)動下，可在硅、氮化硅、藍寶石、鈮酸鋰等多種光子芯片基底上實現(xiàn)精確運動（圖1）。通過自行搭建掃描振鏡控制系統(tǒng)，團隊實現(xiàn)了對光致動器運動軌跡的完全編程控制，單步運動精度達30nm，并具備前進、后退、左右轉(zhuǎn)向等多自由度運動能力，還能推動直徑22μm的二氧化硅微球精確定位，展現(xiàn)出強大的片上微納操縱性能（圖2）。

圖2.有機光致動器的可編程受控組裝

研究團隊進一步將該光致動器應(yīng)用于鈮酸鋰光子芯片，成功演示了對微環(huán)諧振腔共振頻率的動態(tài)調(diào)制。當(dāng)執(zhí)行器跨越微環(huán)時，共振頻率發(fā)生5.2GHz的偏移，且器件的品質(zhì)因子未發(fā)生顯著劣化（圖3）。這一結(jié)果為實現(xiàn)非易失性、可逆的光子線路動態(tài)調(diào)控提供了全新路徑。

圖3.有機光致動器實現(xiàn)集成光子線路的重構(gòu)

該光致動器具有低功耗、非侵入、兼容性強等優(yōu)勢，不僅可用于光子器件的后期調(diào)諧與重構(gòu)，還為片上集成功能材料（如增益介質(zhì)、非線性晶體、相變材料等）的精確定位與組裝提供了通用技術(shù)平臺。這一成果有望推動自適應(yīng)集成光子線路、有機-無機雜化光電集成系統(tǒng)和納米機器人等技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)張繼哲博士（現(xiàn)于中國科學(xué)院化學(xué)所開展博士后研究）、徐新標(biāo)特任副研究員與中國科學(xué)院化學(xué)研究所鞏彥君博士為論文共同第一作者。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委員會及中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)“雙一流”建設(shè)經(jīng)費等項目的有力支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-63521-z

（量子網(wǎng)絡(luò)安徽省重點實驗室、物理學(xué)院、中國科學(xué)院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院、科研部）

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