荷蘭屯特大學(xué)（University of Twente）的研究人員對構(gòu)成光的基本粒子——光子有了重要的認識。與原子周圍的電子相比，光子的 "行為 "種類多得驚人，同時也更容易控制。

這些新見解具有廣泛的應(yīng)用前景，從智能 LED 照明到用量子電路控制的新型光子信息比特，再到靈敏的納米傳感器。他們的研究成果發(fā)表在《物理評論 B》上。

在光子晶體超晶格中出現(xiàn)幾個光子軌道。

在原子中，稱為電子的微小基本粒子以稱為軌道的形狀占據(jù)原子核周圍的區(qū)域。這些軌道給出了在特定空間區(qū)域找到電子的概率。量子力學(xué)決定了這些軌道的形狀和能量。與電子類似，研究人員也用軌道來描述最有可能發(fā)現(xiàn)光子的空間區(qū)域。

無論你設(shè)計出何種狂野的形狀

屯特大學(xué)的研究人員對這些光子軌道進行了研究，發(fā)現(xiàn)只要精心設(shè)計特定的材料，他們就能創(chuàng)造并控制這些具有各種形狀和對稱性的軌道。這些成果有望應(yīng)用于先進的光學(xué)技術(shù)和量子計算。

第一作者科宗解釋說："在化學(xué)教科書中，電子總是圍繞著位于軌道中心的微小原子核運行。因此，電子軌道的形狀不能偏離完美的球形。而對于光子，通過將不同的光學(xué)材料以設(shè)計好的空間排列組合在一起，軌道的形狀可以隨心所欲"。

更容易設(shè)計

研究人員進行了一項計算研究，以了解光子被限制在由微小孔隙（光子晶體）組成的特定三維納米結(jié)構(gòu)中時的行為。這些空腔被有意設(shè)計成具有缺陷，從而形成一種上層結(jié)構(gòu)，將光子態(tài)與周圍環(huán)境隔離開來。

物理學(xué)家沃斯和拉根迪克說："鑒于納米技術(shù)的工具箱非常豐富，設(shè)計具有新穎光子軌道的別致納米結(jié)構(gòu)要比改造原子以實現(xiàn)新穎電子軌道和化學(xué)性質(zhì)容易得多。"

先進的光學(xué)技術(shù)

光子軌道對于開發(fā)高效照明、量子計算和靈敏光子傳感器等先進光學(xué)技術(shù)非常重要。研究人員還研究了這些納米結(jié)構(gòu)如何提高光學(xué)態(tài)的局部密度，這對于空腔量子電動力學(xué)的應(yīng)用非常重要。

他們發(fā)現(xiàn)，具有較小缺陷的結(jié)構(gòu)比具有較大缺陷的結(jié)構(gòu)具有更大的增強作用。這使它們更適合集成量子點和創(chuàng)建單光子網(wǎng)絡(luò)。

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論文鏈接：https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.109.235141