在納米尺度上捕獲和利用光的新的基本極限

來自南安普頓大學和蘇黎世聯邦理工學院的物理學家們在納米尺度上達到了光-物質耦合的一個新門檻。這項國際研究最近發表在《自然-光子學》上,它結合了理論和實驗發現,確定了我們限制和利用光的能力的一個基本限制。

在納米尺度上捕獲和利用光的新的基本極限

合作的重點是在一個二維電子氣體的頂部以不斷縮小的尺寸製造的光子納米天線。該裝置通常被世界各地的實驗室用來探索強電磁耦合的效果,利用天線捕獲和聚焦靠近電子的光的能力。

南安普頓大學量子理論和技術小組主任西蒙娜`德`利伯拉圖教授說:”能夠在極小體積內聚焦光的光子諧振器的製造被證明是一項關鍵技術,目前正在使材料科學、光電子學、化學、量子技術等不同領域取得進展。特別是,聚焦后的光可以與物質發生極強的相互作用,使電磁學變得非微擾性。然後,光可以被用來改變與之相互作用的材料的特性,從而成為材料科學的一個強大工具。光可以有效地被編織成新型材料”。

科學家們發現,當實驗開始激發傳播的質子時,光不能再被限制在一個臨界尺寸以下的系統中,在所研究的樣品中為250納米左右。這導致電子波從共振器上移開,並使光子的能量溢出。

蘇黎世聯邦理工學院的Jérôme Faist和Giacomo Scalari教授小組進行的實驗獲得的結果無法用對光-物質耦合的最先進理解來解釋。物理學家們找到了南安普頓的物理和天文學學院,那裡的研究人員領導了理論分析,並建立了一個能夠定量再現這些結果的新理論。

德`利伯拉圖教授認為,新發現的極限還可能被未來的實驗所超越,從而釋放出取決於超封閉電磁場的巨大技術進步。