激光网2月27日消息，以色列和西班牙的一组研究人员创造了一种新型的光约束，并为新的量子电动力学实验打开了大门。
在量子纳米光子学的突破中，一种新型的极化纳米腔正在重新定义光约束的极限。来自以色列巴伊兰大学和西班牙光子科学研究所的一组物理学家创造了具有亚波长体积的纳米腔，它可以限制光的持续时间比以前长得多。
该团队的工作为长期寻求将光子塞入越来越小的体积的方法提供了一种新的解决方案。当光子被塞进一个比波长小得多的腔中时，它实际上变得更加集中，这增强了与电子的相互作用并放大了腔内的量子过程。
“这一切都始于一个偶然的观察，”巴伊兰大学助理教授Hanan Herzig Sheinfux说，他当时在ICFO工作Frank Koppens教授。“我们正在从事一个完全不同的项目，通常使用近场光学显微镜作为表征工具，以查看某些过程是否有效。实际上，当我注意到一些奇怪的东西时，我正在检查其中一次例行表征扫描的结果。
这“嗯......这很奇怪“的时刻是由在其中一个界面上看到比预期更强的反射而触发的，这让 Herzig Sheinfux 怀疑它是否能带来一些有用的东西。
作为一个副项目，该团队决定重现这些强烈的反射，将多个反射组合在一起，并将光线限制在一个小体积内。“我们一开始没想到会看到太多，”Herzig Sheinfux 说。“我本来希望得到一些初步的迹象，表明这个想法是可行的，也许可以把这项工作作为一个简单而简单的项目传给一个年轻的博士生。
但结果表明，反射比预期的要强得多，光子限制也比预期的要好得多。
“我们的研究结果为新的量子电动力学实验打开了大门，利用了真空波动等'奇怪'概念的力量，”Herzig Sheinfux说。“这些实验和这项工作可以有一些实际应用，但所涉及的物理学是惊人的美丽。在看似相对简单的腔体设计中隐藏着一些非常深刻和发人深省的概念。它就像一件艺术品——只不过它是大自然创造的，而不是莫扎特或毕加索的。
该团队的技术利用了一种奇特的光形式：双曲线声子极化激元。双曲声子极化激元是发生在二维六方氮化硼材料内的电磁激发，形成空腔。它使用了一种新的间接约束机制：通过在金基板上钻纳米级孔来产生纳米腔，其精度为氦聚焦离子束显微镜的精度为2至3纳米。
钻孔后，将hBN薄片放置在金亚态内的这些纳米孔上，以支持电磁激发。“这比听起来要复杂得多，”Herzig Sheinfux说。“例如，金上的孔必须非常精确——10到20个原子在错误的位置会完全破坏空腔的响应。
从本质上讲，空腔是通过改变极化激元在穿过 hBN 薄片时的环境而产生的。“这种环境的急剧变化意味着极化子行为的急剧变化，这会导致极化激元堵塞并被限制在一个小区域内，”Herzig Sheinfux说。“可以把它想象成大致类似于当双车道高速公路减少为单车道高速公路时因汽车拥堵而开始的交通拥堵。”
双曲光子极化激元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，它们会捕捉到强烈的反射，并被限制。该团队的方法避免直接塑造hBN，以保持其原始质量，并在腔内实现高度限制和低吸收的光子。
他们工作中最大的障碍 - 也是该团队第二次发现的起源 - 发生在Herzig Sheinfux意识到空腔不仅反应非常强烈，而且实际上它们的反应比应有的更强烈。“根据我们开始的理论，空腔的功能应该只有实际的一半，”他说。“这难倒了我们，因为实验通常不会胜过理论，而且我们所有的理论解释都没有意义。
他们最终发现，这些腔体的高性能水平实际上与复杂的多模态干扰效应有关，这些干扰效应极其复杂。“为了达到这一点，我们付出了很多努力，很多看起来很有希望的解释最终都没有意义，”Herzig Sheinfux说。
一旦团队找到了他们的工作假设，一切都水到渠成。“找到这个优雅的解决方案是令人满意的，正是这种经历让我确定我首先想成为一名物理学家，”Herzig Sheinfux补充道。
纳米腔在物理学中用于增强光与物质的相互作用。但是前几代纳米腔受到大量吸收的困扰，这阻止了一些最奇特的量子电动力学的实现。
“以我们的新超腔为平台，我们希望能够利用空腔内发生的量子涨落，”Herzig Sheinfux说。“在我们的量子宇宙中没有真正的真空 - 即使在一个空盒子里也有一些能量，我们希望观察这种能量引起的波动，测量它们的影响，并可能利用它们来增强各种过程。找到一种方法来做到这一点是一项具有挑战性的任务，但这是我们现在的首要任务。
