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使光和物质合二为一,开启通往纳米世界的新大门!

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  瑞典查尔默斯理工大学研究人员发现了一种全新的方法,可以在纳米水平上捕捉、放大和连接光与物质。利用一个由原子般薄的材料堆叠而成的小盒子,成功地创造了一种反馈回路,光和物质在其中合二为一。

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  这一发现发表在《自然-纳米技术》上,为纳米光子学领域开辟了新的可能性。光子学涉及到利用光的各种方法,光纤通信是光子学的一个例子,就像光电探测器和太阳能电池背后的技术一样。

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  当光子成分非常小,以纳米为单位测量时,这就叫做纳米光子学。为了突破这种微小形式的极限,基础研究的进展至关重要。查尔默斯研究人员发明的“灯箱”使光和物质之间的变化发生得如此之快,以至于不再可能区分这两种状态,光和物质合二为一。创造了一个由光和物质等量组成的混合体,这一概念为基础研究和应用纳米光子学打开了一扇全新大门,人们对它有着极大的科学兴趣。

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  当Verre和同事Timur Shegai, Denis Baranov, Battulga Munkhbat,Mikael Kall以一种创新的方式将两个不同概念组合在一起时,他们发现了这个现象。Mikael Kall研究团队正在研究所谓的纳米天线,它可以以最有效的方式捕捉和放大光线。Timur Shegai团队正在对一种叫做TMDC的二维原子薄片材料进行研究,这种材料类似于石墨烯。正是通过将天线概念与堆叠的二维材料相结合,创造了新的可能性。

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  研究人员使用了一种著名的TMDC材料(二硫化钨)但采用了一种新的方法。通过制造一个微型谐振盒(很像吉他上的音箱)他们能够让光和物质在里面相互作用。谐振盒确保光在材料内部以一定的“色调”被捕获和反射,从而确保光能能有效地转移到TMDC材料电子上,并再次返回。可以说,光能在光波和物质这两种状态之间振荡,同时在盒子里被捕获和放大。研究人员成功地将光和物质极其有效地结合在一个直径只有100纳米(0.厘米)的单一粒子中。

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  这一集多种功能于一身的解决方案是基础研究领域的一个意外进展,但也有望为应用光子学领域提供更紧凑、更经济的解决方案。研究成功地证明了堆叠的原子薄材料可以被纳米结构制成微小光学谐振器,这对光子学的应用非常有意义。由于这是一种使用这种材料的新方法,科学家称之为“TMDC纳米光子学”。博科园|研究/来自查尔姆斯理工大学,研究成果发表在《自然纳米技术》期刊上(DOI: 10.1038/s-019-0442-x)。

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