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，應用于量子技術(shù)領域，相關(guān)研究發(fā)表于最新一期《物理評論應用》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)原子反應量子理論的重大進展，有望催生皮米光子學。

  但該領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計出新的功能性光學器件，應用于量子技術(shù)領域。他們接下來計劃將最新研究應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。