新型納米腔為量子光學(xué)新應(yīng)用打開大門
科技日報北京2月6日電 （記者張佳欣）一個由歐洲和以色列物理學(xué)家組成的團(tuán)隊在量子納米光子學(xué)領(lǐng)域取得重大突破。他們引入了一種新型的極化子腔，并重新定義了光子限制的極限。6日發(fā)表在《自然·材料》雜志上的論文詳細(xì)介紹了這項開創(chuàng)性的工作，展示了一種限制光子的非常規(guī)方法，克服了納米光子學(xué)的傳統(tǒng)限制。
物理學(xué)家長期以來一直在尋找將光子壓縮得越來越小的方法。光子的空間尺度是波長。當(dāng)一個光子被強(qiáng)迫進(jìn)入一個比波長小得多的腔體時，它實際上變得更加“集中”。這增強(qiáng)了光子與電子的相互作用，放大了腔內(nèi)的量子過程。然而，盡管科學(xué)家在將光子體積限制在深亞波長范圍方面取得了巨大成功，但耗散的影響仍然是一個主要障礙。納米腔中的光子被吸收得非常快，這種耗散限制了納米腔在一些量子應(yīng)用中的適用性。
研究團(tuán)隊此次創(chuàng)造了具有突破以往的亞波長體積和壽命的納米腔，克服了上述限制。這些納米腔的面積小于100×100平方納米，厚度僅為3納米，限制光的時間要長得多。其關(guān)鍵在于雙曲聲子極化激元的使用，這種獨特的電磁激勵發(fā)生在形成空腔的二維材料中。
與以前不同，此次研究利用了一種新的間接限制機(jī)制。研究人員在金襯底上鉆了納米腔。打孔后，他們將二維材料六方氮化硼轉(zhuǎn)移到金襯底上方。六方氮化硼可幫助實現(xiàn)雙曲聲子極化激元的電磁激勵過程。當(dāng)極化子從金襯底邊緣上方通過時，它們會受到強(qiáng)烈的反射，從而受到限制。因此，這種方法避免了對六方氮化硼的直接塑造，同時保持了其原始質(zhì)量，從而在腔內(nèi)實現(xiàn)高度受限和長壽命的光子。
這一成果為量子光學(xué)的新應(yīng)用和進(jìn)步打開了大門，打破了此前認(rèn)為的光子限制極限。下一步，研究人員打算利用這些空腔來觀察之前被認(rèn)為不可能的量子效應(yīng)，進(jìn)一步研究雙曲聲子極化激元行為的有趣而違反直覺的物理學(xué)原理。
光是一種不羈的存在，科學(xué)家卻力圖為它打造囚籠。雖然光子器件的尺寸受限于不可避免的衍射極限，但材料學(xué)的突破性發(fā)展，使得新式納米腔將光線限制在超出衍射極限的范圍，成為未來光電操作的基石——不僅適用于操縱單個光子，還能幫助光學(xué)通路取代電子通路，從而減少功耗。黃金薄膜以其出色的鏡面光學(xué)特性，被選為納米腔的襯底材料；而六方氮化硼則是繼石墨烯后又一流行二維材料。它們將聯(lián)手開辟半導(dǎo)體應(yīng)用的新維度，帶給我們更多驚喜。
（原標(biāo)題：新型納米腔重新定義光子極限 為量子光學(xué)新應(yīng)用打開大門）
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