瑞典查爾默斯理工大學研究人員發(fā)現(xiàn)了一種全新的方法，可以在納米水平上捕捉、放大和連接光與物質。利用一個由原子般薄的材料堆疊而成的小盒子，成功地創(chuàng)造了一種反饋回路，光和物質在其中合二為一。

這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然-納米技術》上，為納米光子學領域開辟了新的可能性。光子學涉及到利用光的各種方法，光纖通信是光子學的一個例子，就像光電探測器和太陽能電池背后的技術一樣。

當光子成分非常小，以納米為單位測量時，這就叫做納米光子學。為了突破這種微小形式的極限，基礎研究的進展至關重要。查爾默斯研究人員發(fā)明的“燈箱”使光和物質之間的變化發(fā)生得如此之快，以至于不再可能區(qū)分這兩種狀態(tài)，光和物質合二為一。創(chuàng)造了一個由光和物質等量組成的混合體，這一概念為基礎研究和應用納米光子學打開了一扇全新大門，人們對它有著極大的科學興趣。

當Verre和同事Timur Shegai, Denis Baranov, Battulga Munkhbat，Mikael Kall以一種創(chuàng)新的方式將兩個不同概念組合在一起時，他們發(fā)現(xiàn)了這個現(xiàn)象。Mikael Kall研究團隊正在研究所謂的納米天線，它可以以最有效的方式捕捉和放大光線。Timur Shegai團隊正在對一種叫做TMDC的二維原子薄片材料進行研究，這種材料類似于石墨烯。正是通過將天線概念與堆疊的二維材料相結合，創(chuàng)造了新的可能性。

研究人員使用了一種著名的TMDC材料（二硫化鎢）但采用了一種新的方法。通過制造一個微型諧振盒（很像吉他上的音箱）他們能夠讓光和物質在里面相互作用。諧振盒確保光在材料內部以一定的“色調”被捕獲和反射，從而確保光能能有效地轉移到TMDC材料電子上，并再次返回。可以說，光能在光波和物質這兩種狀態(tài)之間振蕩，同時在盒子里被捕獲和放大。研究人員成功地將光和物質極其有效地結合在一個直徑只有100納米(0.00001厘米)的單一粒子中。

這一集多種功能于一身的解決方案是基礎研究領域的一個意外進展，但也有望為應用光子學領域提供更緊湊、更經濟的解決方案。研究成功地證明了堆疊的原子薄材料可以被納米結構制成微小光學諧振器，這對光子學的應用非常有意義。由于這是一種使用這種材料的新方法，科學家稱之為“TMDC納米光子學”。博科園｜研究/來自查爾姆斯理工大學，研究成果發(fā)表在《自然納米技術》期刊上（DOI: 10.1038/s41565-019-0442-x）。