超宽频信号和太赫兹波在量子测量，成像、传感技术，以及超高数据速率通信等领域具有广泛应用，进而使得超快电子学吸引了大量关注。在这些应用中，电子开关的高速运转是具有挑战性的，特别是当需要高振幅输出信号时。例如，虽然场效应和双极结型器件具有良好的可控性和稳定性，但其相对于开态电流较大的输出电容极大地限制了其切换速度。

最近，瑞士洛桑联邦理工学院Elison Matioli等人基于纳米尺度等离子体设计了一个新颖的片上全电子式器件，在较大的功率范围内实现了电信号的皮秒级切换速度。

本文要点：

1）纳米等离子体微小体积区域内的超高电场导致了超快电子转移，因此实现了超短时间响应。具体而言，实验实现了>10V/ps的超快切换速度，比场效应晶体管高出2个数量级，比传统电子开关高出10倍。实验测得的上升时间低至5ps，进一步降低该值则需改进实验装置。

2）将这些器件与偶极天线集成，实验实现了高功率太赫兹信号的发射，远高于小型固态电子器件的最优值。

最后，作者指出，纳米等离子体开关的集成便利性和小型化使其在成像、传感、通讯和生物医学方面具有良好的应用前景。

图：纳米等离子体开关：概念示意图。

Samizadeh Nikoo, et al. Nanoplasma-enabled picosecond switches for ultrafast electronics. Nature 579, 534–539 (2020).

DOI: 10.1038/s41586-020-2118-y

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2118-y