光子的新形状为先进的光学技术打开了大门

Josiah01 · 发表于 2024-7-10 16:53:21

　　荷兰特温特大学的研究人员对光子（构成光的基本粒子）有了重要见解。与原子周围的电子相比，光子的行为变化多端，而且更容易控制。
　　这些新见解具有广泛的应用，从智能 LED 照明到量子电路控制的新光子信息比特，再到灵敏的纳米传感器。他们的研究成果发表在《物理评论 B》上。
　　在原子中，被称为电子的微小基本粒子以轨道的形式占据原子核周围的区域。这些轨道决定了在特定空间区域找到电子的概率。量子力学决定了这些轨道的形状和能量。与电子类似，研究人员也用轨道来描述光子最有可能出现的空间区域。
　　“无论你设计什么形状”
　　特温特大学的研究人员研究了这些光子轨道，发现通过精心设计特定材料，他们可以创建和控制具有各种形状和对称性的轨道。这些结果在先进光学技术和量子计算方面具有潜在的应用价值。
　　第一作者 Kozon 解释说：“在化学教科书中，电子总是围绕轨道中心的微小原子核旋转。因此，电子轨道的形状不能与完美的球形有太大偏差。有了光子，轨道就可以呈现出任何你设计的形状，只要你在设计的空间排列中结合不同的光学材料即可。”
　　更易于设计
　　研究人员进行了一项计算研究，以了解光子在被限制在由微小孔隙组成的特定 3D 纳米结构（光子晶体）中时的行为。这些腔体被故意设计成有缺陷，从而形成一种将光子态与周围环境隔离的超结构。
　　物理学家 Vos 和 Lagendijk 表示：“鉴于纳米技术拥有丰富的工具箱，设计具有新型光子轨道的精巧纳米结构要比修改原子以实现新型电子轨道和化学反应容易得多。”
　　先进的光学技术
　　光子轨道对于开发先进光学技术（如高效照明、量子计算和灵敏的光子传感器）至关重要。研究人员还研究了这些纳米结构如何增强光学状态的局部密度，这对于腔量子电动力学中的应用非常重要。
　　他们发现，缺陷较小的结构比缺陷较大的结构表现出更大的增强效果。这使得它们更适合集成量子点和创建单光子网络。

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