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納米光子學是研究在納米尺度上光與物質(zhì)相互作用的一門學科，涉及光學、光學工程、電氣工程和納米技術(shù)領(lǐng)域，通常涉及可以通過(但不僅限于)表面等離激元極化子傳輸和聚焦光的金屬零件。在過去的十年中，納米光子學，即對光子晶體和超材料等工程結(jié)構(gòu)中，對光如何在納米尺度上流動的研究，已經(jīng)取得了重要進展，并有望催生皮米光子學。

但該領(lǐng)域長期存在的難題是原子晶格、其對稱性及其在皮米尺度光場中所起作用之間缺少聯(lián)系。埃爾默電氣和計算機工程副教授、物理和天文學系的祖賓·雅各布博士領(lǐng)導的研究團隊的主要工作是在小得多的皮米范圍內(nèi)進行光與物質(zhì)的相互作用研究，發(fā)現(xiàn)其中原子晶格的離散排列以驚人的方式改變了光的性質(zhì)。日前，他們發(fā)現(xiàn)了只有皮米級大小的電磁波，這種波可以在硅等半導體中傳播。

研究團隊開發(fā)了一個物質(zhì)的麥克斯韋哈密頓框架，并與物質(zhì)內(nèi)光致響應(yīng)的量子理論相結(jié)合。他們發(fā)現(xiàn)，原子晶格內(nèi)出現(xiàn)了新的異常波，隱藏于傳統(tǒng)的電磁波內(nèi)，而且，這些光波即使在硅晶體的基本結(jié)構(gòu)塊(亞納米長度尺度)內(nèi)都是高度振蕩的。最新研究與應(yīng)用于納米光子學的經(jīng)典光流處理法迥然不同，光在材料中行為的量子性質(zhì)是皮米光子學現(xiàn)象出現(xiàn)的關(guān)鍵。

這些有趣的發(fā)現(xiàn)表明，在原子層面，自然介質(zhì)擁有豐富多樣的光—物質(zhì)相互作用現(xiàn)象。在半導體材料中使用皮米光子波有望促使研究人員設(shè)計出新的功能性光學器件，應(yīng)用于量子技術(shù)領(lǐng)域。接下來，研究團隊還計劃將最新研究應(yīng)用于大量量子和拓撲材料，并通過實驗驗證這些新波的存在。相關(guān)研究發(fā)表于最新一期《物理評論應(yīng)用》雜志。

(資料來源：科技日報)

關(guān)鍵詞： 相互作用 原子晶格 科技日報