AMOLF的研究人員與代爾夫特理工大學(xué)（Delft University of Technology）合作，通過使包含光波的二維光子晶體變形，成功地使光波停止。研究人員的研究表明，即使是微小的變形也會對晶體中的光子產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響。這類似于磁場對電子的影響。

AMOLF小組負(fù)責(zé)人Ewold Verhagen說：“這一原理提供了一種減緩光場從而增強(qiáng)其強(qiáng)度的新方法。在芯片上實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)對于許多應(yīng)用來說尤為重要"。

研究人員在《自然·光子學(xué)》（Nature Photonics）雜志上發(fā)表了他們的研究成果。與此同時，賓夕法尼亞州立大學(xué)的一個研究小組也在同一雜志上發(fā)表了一篇文章，介紹了他們是如何獨(dú)立于荷蘭研究小組展示相同效果的。

圖片:light-stands-still-in.jpg

光子晶體的電子顯微鏡圖像。三角形孔的直徑為300納米。晶體陣列的曲率阻止了晶體中的光波移動。

在小尺度上操縱材料中的光流有利于納米光子芯片的開發(fā)。對于電子來說，這種操縱可以通過磁場來實(shí)現(xiàn)；洛倫茲力可以引導(dǎo)電子運(yùn)動。然而，這對光子來說是不可能的，因?yàn)樗鼈儾粠щ姾伞?/p>

AMOLF 的光子力小組的研究人員正在尋找技術(shù)和材料，使他們能夠?qū)�光子施加類似磁場效�?yīng)的力。

電子

Verhagen說：“我們從電子在材料中的行為方式中尋找靈感。在導(dǎo)體中，電子原則上可以自由移動，但外部磁場可以阻止電子移動。磁場造成的圓周運(yùn)動阻止了傳導(dǎo)，因此電子只有在具有非常特殊的能量時才能在材料中存在。這些能級被稱為朗道能級，是電子在磁場中的特征。但是，在二維材料石墨烯（由排列在晶體中的單層碳原子組成）中，這些朗道能級也可以由與磁場不同的機(jī)制引起。一般來說，石墨烯是一種良好的電子導(dǎo)體，但當(dāng)晶體陣列發(fā)生變形時，例如像拉伸橡皮筋那樣拉伸時，情況就會發(fā)生變化。這種機(jī)械變形會阻止傳導(dǎo)；材料會變成絕緣體，電子因此會被束縛在朗道水平上。因此，即使沒有磁鐵，石墨烯的變形對材料中電子的影響也與磁場類似。我們問自己，類似的方法是否也適用于光子？”

光子晶體

在與代爾夫特理工大學(xué)的 Kobus Kuipers 的合作中，維爾哈根的研究小組確實(shí)在光子晶體中證明了類似的光效應(yīng)。

第一作者勒內(nèi)-巴爾茨克（René Barczyk）說：“光子晶體通常由硅層中的規(guī)則二維孔洞組成。光可以在這種材料中自由移動，就像石墨烯中的電子一樣"，他在 2023 年成功通過了關(guān)于這一主題的博士論文答辯�！耙哉�確的方式打破這種規(guī)律性將使陣列變形，從而鎖定光子。這就是我們?yōu)楣庾觿?chuàng)造朗道水平的方法”。

在朗道水平中，光波不再移動；它們不會在晶體中流動，而是靜止不動。研究人員成功地證明了這一點(diǎn)，表明晶體陣列的變形對光子的影響類似于磁場對電子的影響。

Verhagen說："通過對變形模式的研究，我們甚至能夠在一種材料中建立各種類型的有效磁場。因此，光子可以穿過材料的某些部分，但不能在其他部分移動。因此，這些見解也為在芯片上引導(dǎo)光線提供了新的方法”。

同步實(shí)驗(yàn)

Verhagen和他的團(tuán)隊(duì)的工作受到了賓夕法尼亞州立大學(xué)和哥倫比亞大學(xué)研究人員理論預(yù)測的啟發(fā)。Verhagen回憶說："當(dāng)我們進(jìn)行第一次測量時，我碰巧與另一項(xiàng)研究的作者之一交談。當(dāng)發(fā)現(xiàn)他們也在尋找這種效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)證據(jù)時，我們決定不爭先發(fā)表，而是同時向出版商提交工作。”

雖然方法中的一些細(xì)節(jié)有所不同，但兩個團(tuán)隊(duì)都能通過使二維光子晶體變形來阻止光波移動并觀察朗道水平。

Verhagen說：”這使芯片上的應(yīng)用更近了一步。如果我們能將光限制在納米尺度并使其停止，那么光的強(qiáng)度將大大增強(qiáng)。而且不僅僅是在一個位置，而是在整個晶體表面。這種光的集中在納米光子設(shè)備中非常重要，例如用于開發(fā)高效激光器或量子光源�！�

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