一支由歐洲及以色列物理專家聯(lián)合組建的科研團隊，在量子納米光子學領(lǐng)域獲得重大突破。該團隊成功引入新穎的極化子腔，重新界定了光子束縛的極限。相關(guān)研究論文于近日在知名學術(shù)期刊《自然·材料》發(fā)表，詳盡闡述了該項突破性的研究成果，展現(xiàn)出了一條非傳統(tǒng)途徑，成功超越現(xiàn)有的納米光子學限制。

學者們長期致力于推動光子體積的極度壓縮。光子的空間單位對應(yīng)其波長。當光粒子被迫進入比自身波長大得多的腔體內(nèi)，實際上會變得更為“聚焦”，進而增加其與電子間互相作用，放大腔室內(nèi)的量子過程。然而，盡管科學家們在實現(xiàn)光子長度深度壓縮方面取得了顯著成效，但諸如光子快速損耗等問題仍堪憂。由于納米腔體中光子的吸收迅速，此類損耗極大地制約了它們在某些量子應(yīng)用中的發(fā)揮。

針對上述問題，此團隊發(fā)明了擁有前所未有亞波長體積和壽命的納米腔，得以有效解決這一難題。這些納米腔擁有的面積低于100×100平方納米，厚度僅為3納米，且限制光子擴散所需時間較長。其精髓在于采用了雙曲聲子極化激元技術(shù)，一種專用于二維材料制造腔體的電磁驅(qū)動方式。

傳統(tǒng)方法往往直接塑造六方氮化硼等材料，但本次研究顛覆性地采用了間接限制策略。研究者首先在金襯底上精密切割出納米腔，然后將二維材料六方氮化硼精準放置于金襯板上。六方氮化硼有助于實現(xiàn)雙曲聲子極化激元的電磁驅(qū)動過程。當極化子從金襯底邊緣向上穿行時，會受到強烈反彈，從而受到限制。如此一來，既保護了六方氮化硼原質(zhì)，又能在腔室內(nèi)實現(xiàn)高效、長久的光子束縛。

本研究成果所帶來的顯著優(yōu)勢，無疑為量子光子學的創(chuàng)新應(yīng)用和拓展奠定了堅實基礎(chǔ)，同時也打破了業(yè)已存在的光子束縛上限。接下來，研究人員擬借助這類空腔深入探索一些之前認為難以實現(xiàn)的量子現(xiàn)象規(guī)律，以進一步挖掘雙曲聲子極化激元行為中所蘊含的復雜且異常的物理學原理。

盡管光頑皮不羈，卻能由科研團隊精心制作密閉牢籠。盡管光子裝置尺寸受到無法逃避的衍射極限限制，然而隨著材料科學取得飛躍式進展，創(chuàng)新型納米腔能夠?qū)⒐饩€束縛至超過衍射極限界限之內(nèi)，為光電子機件運轉(zhuǎn)提供全新可能性——不僅可以操控單一光子，更有望代替?zhèn)鹘y(tǒng)電子線路，大幅降低能耗。黃金薄膜因其卓越的鏡面光學性能，被選定作為納米腔體的基礎(chǔ)材料；六方氮化硼則作為新興熱門二維材料，將共同開啟半導體技術(shù)應(yīng)用的嶄新時代。