可能永远改变物理学和激光的光子设备

　　本刊编译整理

　　伦斯勒理工学院（RPI）的研究人员制造出了一种比头发丝还宽的装置，它将帮助物理学家研究物质和光的基本性质。他们的研究成果发表在《自然纳米技术》（Nature Nanotechnology）杂志上，还有助于开发更高效的激光器，这种激光器被广泛应用于医疗和制造等领域。该装置由一种名为光子拓扑绝缘体的特殊材料制成。

　　光子拓扑绝缘体可以引导光子（构成光的波状粒子）进入材料内部专门设计的界面，同时还能防止这些粒子通过材料本身发生散射。

　　量子模拟与激光开发

　　由于这种特性，拓扑绝缘体可以使许多光子相干地像光子一样行动。这些设备还可用作拓扑 “量子模拟器”，即研究人员可以研究量子现象（在极小尺度上支配物质的物理定律）的微型实验室。

　　“我们创造的光子拓扑绝缘体是独一无二的。它能在室温下工作。这是一个重大进步。以前，人们只能使用昂贵的大型设备在真空中对物质进行超冷却，才能研究这种机制。许多研究实验室都没有这种设备，因此我们的设备可以让更多人在实验室里从事这种基础物理研究。”伦斯勒理工学院材料科学与工程系助理教授、《自然纳米技术》研究报告的资深作者Wei Bao 谈到。

　　Bao 补充说：“我们的室温设备阈值——使其工作所需的能量——比以前开发的低温设备低七倍，这也是在开发需要更少能量的激光器方面迈出的有希望的一步。”

　　制造技术和观察结果

　　伦斯勒理工学院的研究人员利用半导体行业制造微芯片的相同技术制造出了新型设备，这种技术包括将不同种类的材料逐个原子、逐个分子地分层，以制造出具有特定性能的理想结构。

　　为了制造这种装置，研究人员在卤化物透辉石（一种由铯、铅和氯组成的晶体）上生长出超薄板，并在上面蚀刻出带有图案的聚合物。他们将这些晶体板和聚合物夹在各种氧化物材料的薄片之间，最终形成了一个厚约2微米、长宽均为100 微米的物体（人类头发的平均宽度为100微米）。

　　当研究人员用激光照射该装置时，在材料设计的界面上出现了一个发光的三角形图案。这种图案由装置的设计决定，是激光拓扑特性的结果。

　　结论和未来展望

　　“能够在室温下研究量子现象是一个令人兴奋的前景。Bao 教授的创新工作表明，材料工程学可以帮助回答一些科学上的重大问题。”伦斯勒理工学院工程学院院长Shekhar Garde 表示。

关注读览天下微信， 100万篇深度好文， 等你来看……