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多粒子納米結(jié)構(gòu)可用于構(gòu)建更好的量子技術(shù) 在《自然物理學(xué)》雜志上，路易斯安那州立大學(xué)量子光子學(xué)小組對(duì)表面等離子體的基本特征提出了新的見(jiàn)解，挑戰(zhàn)了現(xiàn)有的理解�；贠mar Magaña-Loaiza副教授實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)和理論研究，這些新發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著量子等離子體學(xué)的重大進(jìn)展，可能是過(guò)去十年中最值得注意的。 雖然該領(lǐng)域的先前研究主要集中在等離子體系統(tǒng)的集體行為上，但LSU小組采用了一種獨(dú)特的方法。通過(guò)將等離子體波視為一個(gè)謎題，他們能夠分離出多粒子子系統(tǒng)，或者將謎題分解成碎片。這使團(tuán)隊(duì)能夠看到不同的部分如何協(xié)同工作，并揭示了不同的畫面，或者在這種情況下，表面等離子體的新行為。 等離激元是當(dāng)光耦合到電荷振蕩時(shí)沿著金屬表面移動(dòng)的波。就像將鵝卵石扔進(jìn)水中會(huì)產(chǎn)生漣漪一樣，等離子體是沿著金屬表面?zhèn)鞑サ摹皾i漪”。這些微小的波在納米尺度上起作用，使它們?cè)诩{米技術(shù)和光學(xué)等領(lǐng)域至關(guān)重要。 Riley Dawkins解釋說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)，如果我們觀察等離子體波的量子子系統(tǒng)，我們可以看到逆模式，更尖銳的模式和相反的干涉，這與經(jīng)典行為完全相反”。他是該研究的研究生和共同第一作者，他領(lǐng)導(dǎo)了理論研究。 利用針對(duì)金納米結(jié)構(gòu)的光并觀察散射光的行為，LSU量子小組觀察到表面等離子體可以表現(xiàn)出玻色子和費(fèi)米子的特征，玻色子和費(fèi)米子是量子物理學(xué)中的基本粒子。這意味著量子子系統(tǒng)可以表現(xiàn)出非經(jīng)典行為，例如根據(jù)特定條件向不同方向移動(dòng)。 Magaña-Loaiza解釋說(shuō)：“想象一下你正在騎自行車。你會(huì)相信你的大部分原子都朝著與自行車相同的方向移動(dòng)。對(duì)他們中的大多數(shù)人來(lái)說(shuō)都是如此。但事實(shí)上，有一些原子向相反的方向移動(dòng)。這些結(jié)果的后果之一是，通過(guò)了解等離子體波的這些非�；镜奶匦�，最重要的是，這種新行為，人們可以開發(fā)出更靈敏和更強(qiáng)大的量子技術(shù)。 2007 年，使用等離子體波進(jìn)行炭疽檢測(cè)引發(fā)了對(duì)采用量子原理改進(jìn)傳感器技術(shù)的研究。 目前，研究人員正在努力將這些原理集成到等離子體系統(tǒng)中，以創(chuàng)建具有更高靈敏度和精度的傳感器。這一進(jìn)步在醫(yī)學(xué)診斷、藥物開發(fā)模擬、環(huán)境監(jiān)測(cè)和量子信息科學(xué)等不同領(lǐng)域都具有重大前景。 這項(xiàng)研究有望對(duì)量子等離子體學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響，因?yàn)槭澜绺鞯氐难芯咳藛T將利用這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)行量子模擬。助理研究教授兼通訊作者Chenglong You說(shuō)：“我們的發(fā)現(xiàn)不僅揭示了量子系統(tǒng)中這種有趣的新行為，而且也是有史以來(lái)粒子數(shù)量最多的量子等離子體系統(tǒng)，僅此一項(xiàng)就將量子物理學(xué)提升到了另一個(gè)層次。 研究生和共同第一作者M(jìn)ingyuan Hong領(lǐng)導(dǎo)了該研究的實(shí)驗(yàn)階段。盡管量子等離子體系統(tǒng)很復(fù)雜，但Hong指出，他在實(shí)驗(yàn)中的主要挑戰(zhàn)是外部干擾。 由于等離子體樣品的極高靈敏度，來(lái)自各種來(lái)源的振動(dòng)（例如道路建設(shè)）構(gòu)成了重大挑戰(zhàn)。盡管如此，我們最終還是成功地從等離子體波中提取了量子特性，這一突破增強(qiáng)了敏感的量子技術(shù)。這一成就可能為未來(lái)的量子模擬開辟新的可能性。 該研究名為“表面等離子體的非經(jīng)典近場(chǎng)動(dòng)力學(xué)”，完全在路易斯安那州立大學(xué)進(jìn)行。Magaña-Loaiza說(shuō)：“這項(xiàng)研究的所有作者都隸屬于路易斯安那州立大學(xué)物理與天文學(xué)。我們甚至有一位合著者，他當(dāng)時(shí)還是一名高中生，我為此感到非常自豪”。這項(xiàng)新研究以以前的LSU工作為序。 相關(guān)鏈接：https://www.nature.com/articles/s41567-024-02426-y |
