在量子纳米光子学的一次重大飞跃中，一个由欧洲和以色列物理学家组成的团队引入了一种新型的极化腔，并重新定义了光约束的极限。这项开创性的工作，在昨天发布在《自然材料》上的一项研究中进行了详细介绍，展示了一种非常规的光子限制方法，克服了纳米光子学的传统局限性。
长期以来，物理学家一直在寻找迫使光子变成越来越小体积的方法。光子的自然长度尺度是波长，当光子被迫进入比波长小得多的空腔时，它实际上变得更加“集中”。这种浓度增强了与电子的相互作用，放大了腔内的量子过程。然而，尽管在将光限制在深亚波长体积中取得了重大成功，但耗散效应仍然是一个主要障碍。纳米腔中的光子被吸收得非常快，比波长快得多，这种耗散限制了纳米腔在一些最令人兴奋的量子应用中的适用性。
来自西班牙巴塞罗那ICFO的Frank Koppens教授的研究小组通过创造具有无与伦比的亚波长体积和延长寿命组合的纳米腔来应对这一挑战。这些纳米腔，尺寸小于 100x100nm2在面积上，只有 3nm 薄，限制光的持续时间要长得多。关键在于使用双曲线-声子-极化激元，这是在形成空腔的二维材料中发生的独特电磁激发。
与之前对基于声子极化激元的空腔的研究不同，这项工作利用了一种新的间接约束机制。纳米腔是通过在金基板上钻纳米级孔而制成的，具有氦聚焦离子束显微镜的极高精度。打完孔后，六方氮化硼被转移到其顶部。hBN支持称为双曲线光子极化激元的电磁激发，其与普通光相似，只是它们可以限制在极小的体积内。当极化激元通过金属边缘上方时，它们会受到金属的强烈反射，从而使它们受到限制。因此，这种方法避免了直接塑造hBN并保持其原始质量，从而在腔中实现高度限制和长寿命的光子。
这一发现始于在另一个项目中使用近场光学显微镜扫描 2D 材料结构时的一次偶然观察。近场显微镜允许在光谱的中红外范围内激发和测量极化激元，研究人员注意到这些极化激元从金属边缘异常强烈地反射。这一意想不到的观察引发了更深入的研究，从而实现了独特的约束机制及其与纳米射线形成的关系。
然而，在制作和测量空腔时，该团队感到非常惊讶。“实验测量通常比理论所暗示的要糟糕，但在这种情况下，我们发现实验的表现优于乐观的简化理论预测，”第一作者，巴伊兰大学物理系的Hanan Herzig Sheinfux博士说。“这一意想不到的成功为量子光子学的新应用和进步打开了大门，突破了我们认为可能的界限。
Herzig Sheinfux博士在ICFO博士后期间与Koppens教授一起进行了这项研究。他打算利用这些空腔来观察以前认为不可能的量子效应，并进一步研究双曲声子极化激元行为的有趣和违反直觉的物理学。
