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突破光的极限:研究发现可通过范德华晶体控制纳米光的开关

olivia chan

在自然界中,光的聚焦程度是有限制的。在显微镜中,两个比光的聚焦极限更近的物体看上去会显得是同一个。但在一类特殊的层状晶体材料——范德华晶体(Van der Waals materials, vdW)中,这些规则有时会被打破。在这些特殊情况下,光可以在这些材料中突破限制,即使是最小的物体也能看得清清楚楚。

在实验中,哥伦比亚大学的研究人员研究了名为二硒化钨的范德华晶体,由于其独特的结构和与光的强烈相互作用,这种晶体在电子和光子技术中的潜在集成备受关注。

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当科学家用光脉冲照亮晶体时,他们能够改变晶体的电子结构。超细微的纳米级细节可以通过晶体传输并在其表面成像。

这项研究在线发表在2月5的《科学》杂志上。题为《范德瓦尔斯半导体中的可编程双曲偏振子》(Programmable hyperbolic polaritons in van der Waals semiconductors)

研究表明,双曲色散可以在分层过渡金属二盐基二硒化钨中按需进行光学开关。用超快的亚带隙光脉冲照亮材料,会产生一个瞬态波导,从而在材料中产生双曲色散。利用光泵激按需调整色散特性的能力是开发超快开关光子器件和控制光在纳米尺度上传播的有效方法。

纳米光是指能够进入可以想象的最小长度尺度的光。此次研究发现了控制纳米光流的新方法。在纳米尺度上的光学操作,或纳米光子学,已经成为一个关键的兴趣领域,纳米光技术远远超出了传统光子学和电子学的可能性。

哥伦比亚大学希金斯物理学教授、论文的资深作者德米特里-巴索夫(Dmitri Basov)认为,该团队的发现将开启量子物质的新研究领域。

“激光脉冲让我们在这种原型半导体中创造了一种新的电子状态,即使只有几皮秒(pico-seconds)。这一发现使我们走上了在新材料中实现光学可编程量子相的轨道。”

这一发现是朝着控制纳米光的方向迈出的重要一步。这项工作还为光学量子信息处理领域提供了新的见解,有助于解决计算和通信领域的难题。 

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考信息:https://phys.org/news/2021-02-nanolight.html

论文链接:https://science.sciencemag.org/content/371/6529/617


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