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獨(dú)特的納米盤(pán)推動(dòng)光子學(xué)研究向前發(fā)展 光子應(yīng)用利用光-物質(zhì)相互作用的力量產(chǎn)生各種有趣的現(xiàn)象。這使得通信、醫(yī)學(xué)和光譜學(xué)等領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，同時(shí)也被用于激光和量子技術(shù)。 現(xiàn)在，查爾姆斯理工大學(xué)物理系的研究人員成功地將兩個(gè)主要研究領(lǐng)域--非線(xiàn)性和高指數(shù)納米光子學(xué)--結(jié)合到了一個(gè)圓盤(pán)狀的納米物體中。 主要作者Georgii Zograf博士說(shuō)：“我們對(duì)所取得的成果感到驚訝和高興。這個(gè)圓盤(pán)狀結(jié)構(gòu)比光的波長(zhǎng)小得多，但卻是一個(gè)非常高效的光頻轉(zhuǎn)換器。它的效率也是同類(lèi)無(wú)結(jié)構(gòu)材料的 10000 倍，甚至更高，這證明了納米結(jié)構(gòu)是提高效率的途徑�！� 該研究成果發(fā)表在近期的《自然·光子學(xué)》（Nature Photonics）雜志上。  不失特性的新型制造 簡(jiǎn)而言之，研究人員在納米磁盤(pán)中結(jié)合了材料和光學(xué)共振，通過(guò)晶體的非線(xiàn)性轉(zhuǎn)換光頻。在制造過(guò)程中，他們使用了過(guò)渡金屬二摻雜物（TMD），即二硫化鉬，這種原子級(jí)的薄材料在室溫下具有出色的光學(xué)特性。然而，這種材料的問(wèn)題在于，由于其晶格對(duì)稱(chēng)性的限制，很難在不失去非線(xiàn)性特性的情況下進(jìn)行堆疊。 “我們首次制造出了一種特殊堆疊的二硫化鉬納米盤(pán)，這種納米盤(pán)保留了其體積中被破壞的反對(duì)稱(chēng)性，因此保持了光學(xué)非線(xiàn)性。這種納米盤(pán)可以保持每個(gè)單層的非線(xiàn)性光學(xué)特性。佐格拉夫說(shuō)："這意味著這種材料的效果既能保持，又能增強(qiáng)。 這種材料具有很高的折射率，這意味著光在這種介質(zhì)中可以被更有效地壓縮。此外，這種材料還具有可在任何基底上轉(zhuǎn)移的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)需將原子晶格與底層材料相匹配。 這種納米結(jié)構(gòu)還能非常有效地定位電磁場(chǎng)，并從中產(chǎn)生雙倍頻率的光，這種效應(yīng)被稱(chēng)為二次諧波生成。例如，這是一種所謂的非線(xiàn)性光學(xué)現(xiàn)象，類(lèi)似于高能脈沖激光系統(tǒng)中使用的和頻和差頻發(fā)生效應(yīng)。 因此，這種納米磁盤(pán)在單一、緊湊的結(jié)構(gòu)中結(jié)合了極端非線(xiàn)性和高折射率。 光學(xué)研究的一大進(jìn)步 佐格拉夫說(shuō)：“我們提出的材料和設(shè)計(jì)具有極高的固有非線(xiàn)性光學(xué)特性和顯著的線(xiàn)性光學(xué)特性（在可見(jiàn)光范圍內(nèi)折射率為 4.5），因而是最先進(jìn)的。這兩種特性使我們的研究如此新穎，甚至對(duì)業(yè)界都具有潛在的吸引力�！� 研究負(fù)責(zé)人Timur Shegai教授說(shuō)：“這確實(shí)是一個(gè)里程碑，特別是由于圓盤(pán)的尺寸非常小。二次諧波產(chǎn)生和其他非線(xiàn)性特性每天都在激光器中使用，但利用它們的平臺(tái)通常都在厘米級(jí)。相比之下，我們這個(gè)物體的尺度約為 50 納米，因此結(jié)構(gòu)要薄 10 萬(wàn)倍。” 研究人員認(rèn)為，納米盤(pán)的工作將推動(dòng)光子學(xué)研究向前發(fā)展。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，TMD 材料令人難以置信的緊湊尺寸，加上其獨(dú)特的性能，有可能被用于先進(jìn)的光學(xué)和光子應(yīng)用。例如，這些結(jié)構(gòu)可以集成到各種光路中，或用于光子學(xué)的微型化。 Shegai 說(shuō)：“我們相信，這將有助于未來(lái)各種非線(xiàn)性納米光子實(shí)驗(yàn)，包括量子實(shí)驗(yàn)和經(jīng)典實(shí)驗(yàn)。通過(guò)對(duì)這種獨(dú)特材料進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)化處理，我們可以大幅縮小納米盤(pán)陣列和超表面等光學(xué)設(shè)備的尺寸，并提高其效率。這些創(chuàng)新可用于非線(xiàn)性光學(xué)和糾纏光子對(duì)的產(chǎn)生。這是微不足道的第一步，但卻是非常重要的一步。我們只是剛剛觸及表面�！� 相關(guān)鏈接：https://phys.org/news/2024-09-unique-nanodisk-photonics.html 論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41566-024-01444-9 關(guān)鍵詞： 光子學(xué)
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