一個由歐洲和以色列物理學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)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(xiàng)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。

4個不同尺寸的多質(zhì)腔體的3D圖

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(shí)，它實(shí)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。

納米空腔和近場尖端（橫截面示意圖），與空腔模式的模擬射線場分布疊加在一起。

研究團(tuán)隊(duì)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(shí)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(dú)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(shí)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(shí)，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(shí)保持了其原始質(zhì)量，從而在腔內(nèi)實(shí)現(xiàn)高度受限和長壽命的光子。

這一成果為量子光子學(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。