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(資料圖片)

瑞典查爾姆斯理工大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)了一種在納米級(jí)捕獲，放大和連接光與物質(zhì)的全新方法。使用由堆疊的原子級(jí)薄材料制成的小盒子，他們成功地創(chuàng)造了一種光和物質(zhì)成為一體的反饋回路。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)最近發(fā)表在Nature Nanotechnology上，為納米光子學(xué)領(lǐng)域開辟了新的可能性。

光子學(xué)關(guān)注各種使用光的方法。光纖通信是光子學(xué)的一個(gè)例子，光電探測(cè)器和太陽(yáng)能電池背后的技術(shù)也是如此。當(dāng)光子元件太小以至于以納米為單位測(cè)量時(shí)，這稱為納米光子學(xué)。為了突破這種微小格式的可能范圍，基礎(chǔ)研究的進(jìn)展至關(guān)重要。Chalmers研究人員的創(chuàng)新“燈箱”使得光與物質(zhì)之間的交替發(fā)生得如此之快，以至于不再可能區(qū)分這兩種狀態(tài)。光和物質(zhì)成為一體。

“我們創(chuàng)造了一種由光和物質(zhì)的相等部分組成的混合物。這一概念為基礎(chǔ)研究和應(yīng)用納米光子學(xué)開辟了新的大門，對(duì)此有很大的科學(xué)興趣，”該部門的研究員Ruggero Verre說(shuō)。 Chalmers的物理學(xué)和科學(xué)文章的作者之一。

當(dāng)Verre和他的部門同事Timur Shegai，Denis Baranov，Battulga Munkhbat和MikaelK?ll以創(chuàng)新的方式結(jié)合兩個(gè)不同的概念時(shí)，發(fā)現(xiàn)了這一發(fā)現(xiàn)。MikaelK?ll的研究團(tuán)隊(duì)正在研究所謂的納米天線，它可以以最有效的方式捕獲和放大光。Timur Shegai的團(tuán)隊(duì)正在研究某種類型的原子級(jí)薄二維材料，稱為TMDC材料，類似于石墨烯。通過(guò)將天線概念與堆疊的二維材料相結(jié)合，創(chuàng)造了新的可能性。

研究人員使用了一種著名的TMDC材料 - 二硫化鎢 - 但是以一種新的方式。通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)微小的共鳴箱 - 就像吉他上的音箱一樣 - 它們能夠使光線和物質(zhì)在其內(nèi)部相互作用。諧振盒確保光被捕獲并以材料內(nèi)部的某個(gè)“色調(diào)”反彈，從而確保光能可以有效地傳遞到TMDC材料的電子并再次返回。可以說(shuō)光能在兩種狀態(tài) - 光波和物質(zhì) - 之間振蕩，同時(shí)在盒子內(nèi)被捕獲和放大。研究人員成功地將光和物質(zhì)非常有效地結(jié)合在一個(gè)直徑僅為100納米或0.00001厘米的顆粒中。

這種一體化解決方案是基礎(chǔ)研究中意想不到的進(jìn)步，但也有望為應(yīng)用光子學(xué)提供更緊湊，更具成本效益的解決方案。

“我們成功地證明堆疊的原子級(jí)薄材料可以納米結(jié)構(gòu)成微小的光學(xué)諧振器，這對(duì)光子學(xué)應(yīng)用非常感興趣。由于這是一種使用這種材料的新方法，我們稱之為"TMDC 納米光子學(xué) "。我確信這個(gè)研究領(lǐng)域前景光明，“查爾莫斯物理系副教授，該文章的作者之一Timur Shegai說(shuō)。