利用一块在家用炉灶上就能结晶的廉价盐料，科学家打开了太赫兹光子电路的大门。巴西国家能源与材料研究中心（CNPEM）与法国里尔大学等机构的研究人员合作，证明由碘化铅（PbI₂）构成的原子级薄层状晶体，能够将太赫兹频段的光辐射限制在纳米量级的极小体积内，从而为新一代光子微电路铺路。这一成果于2026年5月发表在《自然·通讯》（Nature Communications）上。
太赫兹频段（THz，即10¹²赫兹）处于电磁波谱中红外与微波之间的低能量区域。当前主流的Wi-Fi和5G技术工作频率仅在数吉赫兹（GHz）量级，而业界普遍认为，将通信频率推进至数百吉赫兹乃至太赫兹，是提升数据传输带宽与速率的必由之路。正因如此，太赫兹频段被视为下一代高速通信的战略制高点。
CNPEM国家同步辐射实验室（LNLS）"伊姆布阿亚"（Imbuia）光束线负责人、本研究协调者劳尔·德·奥利韦拉·弗雷塔斯（Raul de Oliveira Freitas）表示，该研究聚焦于一个核心问题：如何利用碘化铅这种低成本材料，以极为简便的工艺制备高品质层状晶体，并将其作为太赫兹频段的波导平台。这一平台可兼具谐振器（限制光并筛选特定频率）、分束器（将光束分为多路以分配光信号）和调制器（改变光的强度、相位或频率以编码信息）三种功能，构成光子集成电路的基本模块。
声子极化激元将200微米光波压缩至50纳米以内
研究最具突破性的发现，在于实现了远超经典衍射极限的光场压缩。在太赫兹频段，光的波长通常长达数百微米，而研究团队利用碘化铅将其限制在亚微米尺度，甚至将一个200微米的太赫兹波限制在尺寸小于50纳米的体积内——压缩比超过4000倍。
这一奇效源于声子极化激元（fônon-poláritons）的形成。声子极化激元是一种混合准粒子，将晶格中原子的集体振动（声子）与光子耦合在一起。弗雷塔斯将其形象地比喻为"声子穿上了光的外衣"，由此形成的准粒子兼具声子与光子各自不具备的独特传播和相互作用特性。正是借助这种机制，光可以在远小于自身波长的空间尺度内被限制与引导，突破经典光学的衍射壁垒。
实验技术层面，研究团队采用了散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）。该技术利用纳米级金属探针对电磁场进行极端压缩：探针如同天线，在**产生横向尺寸仅数十纳米的电场热点，其电场密度最高可达自由传播波的10⁵倍，是纳米光子学研究中灵敏度最高的表征手段之一。
品质因子媲美六方氮化硼，制备却简单百倍
研究的另一关键结论是碘化铅声子极化激元的高品质因子——即振荡在耗散前能持续的时间长度。测试结果显示，碘化铅的表现可与六方氮化硼（hBN）相媲美，而后者正是目前红外频段声子极化激元研究的基准材料。
然而，六方氮化硼的合成极为苛刻，需要极端的高温高压条件。尽管相关研究已历经逾二十年，全球能够稳定制备高品质六方氮化硼的机构屈指可数。碘化铅则截然不同：其前驱体碘和铅均为自然界中储量丰富、价格低廉的元素。制备过程简便至极——将盐溶于水配成过饱和溶液，在约80摄氏度下加热，冷却过程中材料即自发结晶，无需任何特殊设备。此外，六方氮化硼的特性使其适用于中红外频段，而非太赫兹频段，碘化铅恰好填补了这一空白。
碘化铅在另一热门领域同样举足轻重——它是钙钛矿太阳能电池和光电器件的典型前驱体。钙钛矿材料因在光吸收与转换方面的卓越效率，近年来引发了全球研究热潮。深入理解碘化铅的物理性质，也有助于揭示钙钛矿器件退化的微观机制，为提升器件稳定性提供新视角。
芯片内光子电路：从光纤革命到芯片内光互连
从更宏观的视野来看，在纳米尺度操控光的能力，为光子集成电路的实现提供了关键拼图。弗雷塔斯以通信领域的历史变革作比：过去数据传输依赖铜缆中的电子，光纤出现后速度跃升数个量级；类似的革命正在向芯片内部延伸——用光子取代电子在芯片内传递信息，不仅速度更快，而且光的传输损耗远低于电流，将带来显著的节能效益，契合当前半导体行业对能效的迫切需求。
在基础设施建设层面，CNPEM已在"天蝎座"（Sirius）同步辐射装置上运行红外纳米光谱站"伊姆布阿亚"，目前正在筹建专用于太赫兹频段的"塔图"（Tatu）光束线。一旦建成，这将成为全球首个可在多频率下系统研究此类材料行为的综合实验装置，研究经费由圣保罗研究基金会（FAPESP）重点支持。
对于正积极布局太赫兹通信与光子芯片赛道的中国研究机构和企业而言，碘化铅材料的出现值得高度关注。其原料易得、制备工艺门槛极低，却在核心性能上与高难度合成材料不相上下，这意味着从实验室成果向产业化路径的距离大为缩短。中国在钙钛矿太阳能电池领域已积累深厚的碘化铅使用经验，将这一基础延伸至太赫兹光子器件方向，具备天然的协同优势，或可在下一代芯片内光互连技术中抢占先机。