美國倫斯勒理工學院研究人員制造出首個在室溫下運行的強光物質(zhì)相互作用拓撲量子模擬器，其寬度與人類發(fā)絲相當。這一裝置將幫助物理學家研究物質(zhì)和光的基本性質(zhì)，支持從醫(yī)學到制造業(yè)等諸多領域高效激光器的開發(fā)。相關(guān)論文發(fā)表在5月24日的《自然·納米技術(shù)》雜志上。

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研究人員開發(fā)的光子拓撲絕緣體

這種裝置由一種稱為光子拓撲絕緣體的特殊材料制成。光子拓撲絕緣體可引導光子到達材料內(nèi)部專門設計的界面，同時還可以防止這些光子通過材料本身散射。由于這種特性，拓撲絕緣體可使許多光子像一個光子一樣連貫行動。這些裝置還可用作拓撲“量子模擬器”，讓研究人員在這些微型實驗室中研究量子現(xiàn)象。

研究人員表示，他們制造的光子拓撲絕緣體具有獨特性，可在室溫下工作，這是一個重大進步。此前的研究只能使用大型昂貴的裝置，而且是在真空中對物質(zhì)進行超冷卻。新型裝置不僅為更多科學家提供了在實驗室進行基礎物理研究的便利，而且為開發(fā)低能耗激光器帶來了更廣闊的前景。這是因為，新裝置的室溫工作能量閾值僅為傳統(tǒng)低溫裝置的七分之一。

開發(fā)新裝置的技術(shù)與半導體行業(yè)制造微芯片的技術(shù)相同，需要將不同材料層逐個原子、逐個分子地疊在一起，創(chuàng)建具有特定屬性的理想結(jié)構(gòu)。

為了制造這種新裝置，研究人員培育了超薄鹵化物鈣鈦礦板材，并在其頂部蝕刻了一種帶有圖案的聚合物。他們將這些晶體板和聚合物夾在各種氧化物材料薄片之間，最終形成一個約2微米厚、100微米見方的物體（人類頭發(fā)的平均寬度約為100微米）。激光照射到設備時，界面上出現(xiàn)發(fā)光的三角形圖案。該圖案由設備設計決定，是激光拓撲特性的結(jié)果。

研究人員表示，能夠在室溫下研究量子現(xiàn)象令人興奮，這意味著材料工程將幫助人們解答一些科學上的重大問題。