伦斯勒理工学院（Rensselaer Polytechnic Institute）的研究人员制造了一种比人类头发还宽的装置，可以帮助物理学家研究物质和光的基本性质。他们的研究结果发表在《自然纳米技术》杂志上，还可以支持开发更高效的激光器，这些激光器用于从医学到制造等领域。
该器件由一种称为光子拓扑绝缘体的特殊材料制成。光子拓扑绝缘体可以将光子（构成光的波状粒子）引导到材料内部专门设计的界面，同时还可以防止这些粒子散射到材料本身。
由于这种特性，拓扑绝缘体可以使许多光子像一个光子一样相干地工作。这些设备还可以用作拓扑“量子模拟器”，即微型实验室，研究人员可以在其中研究量子现象，即在非常小的尺度上控制物质的物理定律。
“我们创造的光子拓扑绝缘体是独一无二的。它在室温下工作。这是一个重大的进步。以前，人们只能使用大型、昂贵的设备来研究这种制度，这些设备可以在真空中超冷物质。许多研究实验室无法使用这种设备，因此我们的设备可以让更多的人在实验室中进行这种基础物理研究，“RPI材料科学与工程系助理教授，自然纳米技术研究的资深作者Wei Bao说。
“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，因为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，”Bao补充道。
RPI研究人员使用与半导体行业相同的技术创造了他们的新型设备，用于制造微芯片，其中包括将不同种类的材料逐个原子，逐个分子分层，以创建具有特定特性的所需结构。
为了制造他们的设备，研究人员生长了卤化物钙钛矿的超薄板，这是一种由铯、铅和氯制成的晶体，并在其顶部蚀刻了一种带有图案的聚合物。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，最终形成一个厚约2微米，长宽约100微米的物体（人类头发的平均宽度为100微米）。
当研究人员将激光照射到设备上时，在材料中设计的界面上出现了一个发光的三角形图案。这种模式由设备设计决定，是激光器拓扑特性的结果。
“能够在室温下研究量子现象是一个令人兴奋的前景。鲍教授的创新工作展示了材料工程如何帮助我们回答一些最大的科学问题，“RPI工程学院院长Shekhar Garde说。
该研究主要由美国国家科学基金会和海军研究办公室资助。
