新皮米光子波能在硅半導體內(nèi)傳播

  ICC訊 美國研究人員發(fā)現(xiàn)了新的皮米尺度波，這種波可以在硅等半導體中傳播。研究人員指出，在半導體材料中使用皮米光子波有望催生新的功能性光學器件，應(yīng)用于量子技術(shù)領(lǐng)域，相關(guān)研究發(fā)表于最新一期《物理評論應(yīng)用》雜志。

  最新研究由普渡大學電氣和計算機工程副教授祖賓·雅各布博士領(lǐng)導，他說：“微觀這個詞源于微米，1微米僅為一米的百萬分之一。我們的最新研究是在比微米小得多的皮米范圍內(nèi)，1皮米相當于1米的一萬億分之一，在這樣的尺度內(nèi)，原子晶格的離散排列以驚人的方式改變了光的性質(zhì)?！?

  從激光器到探測器，材料中的光—物質(zhì)相互作用是許多光子器件的核心。在過去十年中，研究在光子晶體和超材料等工程結(jié)構(gòu)內(nèi)光如何在納米尺度上流動的納米光子學，已經(jīng)取得重要進展，而最新發(fā)現(xiàn)利用了物質(zhì)內(nèi)原子反應(yīng)量子理論的重大進展，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。為解決這個難題，理論團隊開發(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。

  雅各布說：“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?！?

  研究團隊表示，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。他們接下來計劃將最新研究應(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。