一支由日本早稻田大学领导的研究团队揭示了InN薄膜中的瞬态泡利阻塞效应，为宽带超快光开关技术的发展提供了新的物理机制。该研究成果发表于2026年1月20日的《物理评论B》期刊。

由早稻田大学全球科学与工程中心及先进科学与工程研究生院的贾俊俊教授领导的研究团队，通过泵浦-探测瞬态透射率测量与第一性原理电子能带结构计算相结合的方法，对InN薄膜中的瞬态泡利阻塞效应进行了深入研究。研究团队还包括来自青山学院大学、分子科学研究所和日本产业技术综合研究所等机构的科研人员。

研究表明，即使光生载流子数量与背景电子密度相比可忽略不计，仅飞秒激光诱导的电子温度升高就能瞬时阻断光吸收，这一发现推翻了宽带泡利阻塞需要大量载流子注入的普遍假设。该效应产生的光学开关作用范围覆盖从可见光到近红外波段，并可呈现多个光谱开关中心，这意味着单一材料平台能够实现多色光调制。

“我们的研究成果实现了飞秒到皮秒时间尺度上的全光开关，远远超过了电子晶体管的速度极限，”贾俊俊教授表示，“这种超快开关对于片上光子电路尤为重要，因为速度和超低延迟是决定系统性能的关键因素，例如在高性能计算中使用的光互连。”

值得注意的是，现有大多数光调制器本质上属于窄带器件且针对单一波长优化。相比之下，这项研究展示了由跨越多个带间跃迁的瞬态泡利阻塞产生的宽带透明窗口，实现了从可见光到近红外波段的宽光谱范围内的光调制。这种功能适用于光通信中的自适应光子系统和波分复用技术，这些系统必须同时处理多种激光波长。

此外，该研究揭示的超快瞬态泡利阻塞非线性现象可能为实现亚皮秒级光激活和门控提供一条物理上稳健的途径。此类功能被认为是可扩展光学神经网络的关键要素，也是目前限制其发展的瓶颈。在这一背景下，瞬态泡利阻塞效应为光激活功能提供了有前景的物理机制，能够实现超快、节能和全光非线性响应，这对于下一代光子神经网络架构及未来光子人工智能系统具有重要意义。

“总而言之，我们的研究解决了现代信息技术的一个根本性限制：如何以更快的速度和更低的能量切换信号，”贾俊俊教授总结道，“通过证明激光可以瞬间控制材料的透明度，这项工作为超快、宽带和节能的光子器件开辟了一条新途径。”

出版详情：作者：Junjun Jia等人，标题：《InN 薄膜中的瞬态泡利阻塞作为宽带超快光开关机制》，发表于：《物理评论 B》(2026)。期刊信息：Physical Review B，arXiv