光子-聲子的突破:科學家發現結合兩種不同物質狀態的新方法

據媒體報導,紐約市立大學-城市學院(CCNY)的一個團隊的新研究發現了一種結合兩種不同物質狀態的新方法。這是第一次將拓撲光子與晶格振動(也被稱為聲子)結合起來,以穩健和可控的方式操縱其傳播。

光子-聲子的突破:科學家發現結合兩種不同物質狀態的新方法

這項研究利用了拓撲光子學,這是光子學的一個新興方向,它利用了拓撲學關於守恆量(拓撲不變量)的基本思想,這指的是在連續變形下改變幾何物體的部分時保持不變。這種不變量的一個最簡單的例子是洞的數量,例如,咖啡杯和甜甜圈對拓撲學數學家是一樣的。拓撲特性賦予了光子以螺旋性,當光子在傳播過程中旋轉時,會導致獨特和意想不到的特性,如對缺陷的魯棒性和沿拓撲不同材料之間界面的單向傳播。由於與晶體中的振動相互作用,這些螺旋狀的光子隨後可以被用來引導紅外光與振動。

這項工作的影響是廣泛的,特別是使研究人員能夠推進拉曼光譜學,它被用來確定分子的振動模式。這項研究也為振動光譜學–也被稱為紅外光譜學–帶來了希望,它通過吸收、發射或反射測量紅外輻射與物質的相互作用。然後科學家可以利用這一點來研究和識別化學物質並確定其特徵。

「我們將螺旋光子與六方氮化硼的晶格振動結合起來,創造了一種新的混合物質,被稱為聲子-極子,」主要作者、來自CCNY格羅夫工程學院的物理學家Alexander Khanikaev說。”它一半是光,一半是振動。由於紅外光和晶格振動都與熱有關,我們創造了新的渠道,讓光和熱一起傳播。通常情況下,晶格振動是很難控制的,引導它們繞過缺陷和尖角以前是不可能的。”

新方法還可以實現定向輻射熱傳遞,這是一種能量傳遞形式,期間熱量通過電磁波散失。

Khanikaev教授小組的博士後研究員、該研究的第一作者Sriram Guddala博士補充說:「我們可以為這種形式的混合光和物質激發創造任意形狀的通道,以便在我們創造的二維材料中沿途引導。這種方法還允許我們切換振動沿這些通道的傳播方向,向前或向後,僅僅通過切換入射雷射束的偏振手性。有趣的是,隨著聲子-極子的傳播,振動也隨著電場的旋轉而旋轉。這是一種完全新穎的引導和旋轉晶格振動的方式,這也使它們成為螺旋狀。」

來源:cnBeta