近日，我院谭超华副教授课题组在物理学国际期刊Physical Review A（IF=2.907，Nature index 收录期刊）上发表了题为“All-optical logic gate based on manipulation of surface polaritons solitons via external gradient magnetic fields”的文章。山东师范大学物理与电子科学学院2016级本科生刘旗和2018级硕士研究生李娜为共同第一作者，谭超华副教授为通讯作者，山东师范大学是唯一作者单位。文章链接：https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.101.023818。
表面等离激元作为一种高度局域化的电磁振荡模式，可以将电磁场能量限制在亚波长尺度范围内，并且可以克服传统光学成像的衍射极限达到超分辨率，在生物成像与传感、片上集成光学、微纳量子信息处理等众多领域都具有广泛的应用。
对表面等离激元的传播进行有效的调控是开发相关微纳器件的基础之一。利用微纳波导对表面等离激元进行导引可以实现精准的传播调控。但是传统的微纳波导结构一经制备，其传播调控功能就基本确定，无法应用到有动态调控需求的功能器件中。此外等离激元微纳波导结构由于金属的引入，无法避免地产生了欧姆损耗，极大的限制了表面等离激元的传输距离。
图 1 理论模型
谭超华副教授受到光学Stern-Gerlach效应的启发，提出了通过外梯度磁场来操控负折射率超材料—主动拉曼增益介质界面上传播的表面极化激元(与表面等离激元类似的表面电磁模式)的理论方案，发现该系统支持超低损耗的表面极化激元孤子，通过施加梯度磁场可以使极化激元孤子的传播轨迹发生偏转，通过设计梯度磁场的形式可以实现传播轨迹的动态调控。课题组基于此效应，结合孤子之间的非线性相互作用，设计了一种新奇的表面极化激元逻辑门，这种微纳尺度的全光逻辑门在外磁场的辅助下实现类XNOR逻辑操作。这些结果有望在未来的片上光计算和超高速信息处理方面获得应用。
图 2 全光类XNOR逻辑门的仿真结果
谭超华副教授长期从事非线性光学、光孤子、表面等离激元非线性传播性质等方面的研究工作，相关研究成果发表在Physical Review A、Journal of the Optical Society of America B等期刊。
该项研究工作得到了国家自然科学基金面上项目、中国博士后科学基金面上项目的资助。
