根据物质的性质，光既可以在材料的表面被反射或者吸收，也可以改变其能量状态，转变成热能。当光照射到金属材料的表面时，光子的能量可以传递给金属内的电子，这种现象被称之为“光损耗”。
一般而言，微型光学器件的生产是比较困难的，因为器件的尺寸越小，它的光学损耗就越大。然而，近年来，以一种完全不同的方式利用光损耗的非厄米理论已被应用于光学研究。这种物理学上的新突破是通过采用包含光损耗的非厄米理论，探索利用这种现象的方法。而不是像传统物理学那样，将光损耗视为光学系统的一个不完美的组成部分。正可谓是“塞翁失马焉知非福”，这个研究对物理学来说是因祸得福。
图1 将正常入射光转换成单向spp的元光栅晶胞示意图，它由两种不同的纳米结构组成，并产生相应的光学损耗。
韩国浦项科技大学机械工程和化学工程系教授Junsuk Rho、博士生Heonyeong Jeon和Seokwoo Kim以及美国东北大学的Yongmin Liu教授及其联合研究团队成功利用非厄米元光栅系统控制了光束的方向。该成果以“Subwavelength control of light transport at the exceptional point by non-Hermitian metagratings”为题发表在 Science Advances上( DOI: 10.1126/sciadv.adf3510)。
当光照射在金属表面时，金属或者半导体内部的电子就会发生位移，从而产生极化电场。在极化电场的作用下，金属内部的电子就会发生震荡，进而产生一种震荡波，叫做等离激元(SPP)。科研人员通常利用光栅耦合器作为控制SPP方向的辅助装置。但由于它会将直角入射光转换成意想不到的方向的SPP，因此其效率大受限制。
基于此，研究团队利用非厄米理论有效克服了这一缺陷。他们首先计算了理论上的异常点，在该异常点附近会发生一定的光学损耗。然后他们利用所设计的非厄米元光栅耦合器通过实验验证了其有效性。事实证明，这种新型光栅耦合器可以有效地实现ssp的单向控制，而这对于其他光栅耦合器来说几乎是不可能的。除此之外，研究人员还可以通过控制元光栅的尺寸和距离使光和SPP沿相反方向传播，并且能够使用相同的元光栅装置将入射光转换为ssp并恢复为正常光。
研究团队表示，该成果有希望用于各个领域的量子传感器研究，例如检测用于疾病诊断的抗原或大气中的有害气体。该团队负责人Junsuk Rho教授称，这项研究成功将非厄米光学带入了纳米领域，它将有助于在未来开发出具有优异的方向可控性的等离子体器件。
原标题：基于非厄米元光栅的光传输
