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讓光在變形的光子晶體中靜止不動(dòng) AMOLF的研究人員與代爾夫特理工大學(xué)（Delft University of Technology）合作，通過(guò)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(huì)對(duì)晶體中的光子產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響。這類似于磁場(chǎng)對(duì)電子的影響。 AMOLF小組負(fù)責(zé)人Ewold Verhagen說(shuō)：“這一原理提供了一種減緩光場(chǎng)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(duì)于許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)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(shí)，賓夕法尼亞州立大學(xué)的一個(gè)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。  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(dòng)。 在小尺度上操縱材料中的光流有利于納米光子芯片的開(kāi)發(fā)。對(duì)于電子來(lái)說(shuō)，這種操縱可以通過(guò)磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)；洛倫茲力可以引導(dǎo)電子運(yùn)動(dòng)。然而，這對(duì)光子來(lái)說(shuō)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)庾邮┘宇愃拼艌?chǎng)效應(yīng)的力。 電子 Verhagen說(shuō)：“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(dòng)，但外部磁場(chǎng)可以阻止電子移動(dòng)。磁場(chǎng)造成的圓周運(yùn)動(dòng)阻止了傳導(dǎo)，因此電子只有在具有非常特殊的能量時(shí)才能在材料中存在。這些能級(jí)被稱為朗道能級(jí)，是電子在磁場(chǎng)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(jí)也可以由與磁場(chǎng)不同的機(jī)制引起。一般來(lái)說(shuō)，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(shí)，例如像拉伸橡皮筋那樣拉伸時(shí)，情況就會(huì)發(fā)生變化。這種機(jī)械變形會(huì)阻止傳導(dǎo)；材料會(huì)變成絕緣體，電子因此會(huì)被束縛在朗道水平上。因此，即使沒(méi)有磁鐵，石墨烯的變形對(duì)材料中電子的影響也與磁場(chǎng)類似。我們問(wèn)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(shuō)：“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(dòng)，就像石墨烯中的電子一樣"，他在 2023 年成功通過(guò)了關(guān)于這一主題的博士論文答辯�！耙哉_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(dòng)；它們不會(huì)在晶體中流動(dòng)，而是靜止不動(dòng)。研究人員成功地證明了這一點(diǎn)，表明晶體陣列的變形對(duì)光子的影響類似于磁場(chǎng)對(duì)電子的影響。 Verhagen說(shuō)："通過(guò)對(duì)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(chǎng)。因此，光子可以穿過(guò)材料的某些部分，但不能在其他部分移動(dòng)。因此，這些見(jiàn)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(cè)的啟發(fā)。Verhagen回憶說(shuō)："當(dāng)我們進(jìn)行第一次測(cè)量時(shí)，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(shí)，我們決定不爭(zhēng)先發(fā)表，而是同時(shí)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(gè)團(tuán)隊(duì)都能通過(guò)使二維光子晶體變形來(lái)阻止光波移動(dòng)并觀察朗道水平。 Verhagen說(shuō)：”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(gè)位置，而是在整個(gè)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(kāi)發(fā)高效激光器或量子光源。” 相關(guān)鏈接：https://phys.org/news/2024-04-deformed-crystal.html 關(guān)鍵詞： 光子晶體
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