光與物質(zhì)之間的相互作用涵蓋了一系列令人驚嘆的現(xiàn)象，從光合作用到彩虹和蝴蝶翅膀的迷人色彩。盡管這些表現(xiàn)形式多種多樣，但它們涉及非常弱的光-物質(zhì)耦合——本質(zhì)上，光與物質(zhì)系統(tǒng)相互作用，但不會(huì)改變其基本屬性。

然而，對(duì)于經(jīng)過(guò)人工設(shè)計(jì)以最大化光-物質(zhì)耦合的系統(tǒng)，會(huì)出現(xiàn)一組截然不同的現(xiàn)象——產(chǎn)生并并非光也并非物體的，兩者混合的量子態(tài)。

從基本的角度以及創(chuàng)建新功能的角度來(lái)看，這種狀態(tài)都具有很大的潛力，例如用于實(shí)現(xiàn)光子之間的相互作用。迄今為止最強(qiáng)的耦合是通過(guò)限制在微小光子腔中的半導(dǎo)體材料實(shí)現(xiàn)的。在這些裝置中，通常通過(guò)使腔體變得更小來(lái)增加耦合。但是，即使可以解決相關(guān)的制造挑戰(zhàn)，該方法也即將遇到基本的物理限制，正如由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院物理系的 Giacomo Scalari 教授和 Jérme Faist 教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在今天發(fā)表的一篇論文中報(bào)告的那樣自然光子學(xué)。通過(guò)這項(xiàng)工作，他們?yōu)檫@種納米光子器件的小型化設(shè)定了數(shù)量限制。

該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，如果電磁場(chǎng)集中在越來(lái)越小的體積中，那么在某個(gè)時(shí)刻，光-物質(zhì)混合態(tài)（在他們的情況下稱(chēng)為極化子）的本質(zhì)開(kāi)始發(fā)生變化。極化特征的這種根本變化反過(guò)來(lái)又阻止了耦合強(qiáng)度的進(jìn)一步增加。

這種限制并不是遙不可及的場(chǎng)景。在最先進(jìn)的納米光子器件中，已經(jīng)遇到了這種范式變化的特征。只是對(duì)根本原因還沒(méi)有確切的了解。這一空白現(xiàn)在由 Rajabali等人填補(bǔ)。此外，他們新開(kāi)發(fā)的框架可能不僅適用于他們研究的特定設(shè)備，還適用于其他納米光學(xué)系統(tǒng)，例如基于石墨烯或過(guò)渡金屬二硫?qū)倩��?nbsp;(TMD) 的系統(tǒng)，以及除分裂以外的諧振器幾何結(jié)構(gòu)。環(huán)形諧振器。因此，新工作應(yīng)該為光-物質(zhì)耦合提供一般的定量限制。

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