來(lái)自英國(guó)的斯科爾特和南安普頓的混合光子實(shí)驗(yàn)的研究人員，聯(lián)合蘭卡斯特大學(xué)( Lancaster University (U.K.))的研究工作者，在最近發(fā)布了一項(xiàng)新的光學(xué)技術(shù)，僅僅使用激光人工合成了具有腔極性的固態(tài)晶體結(jié)構(gòu)。

利用激光合成人造固態(tài)晶體結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

結(jié)果證明可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)可編程極化電路 和新的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)光導(dǎo)和強(qiáng)約束 的相干光源。這一創(chuàng)新成果以論文題目“Synthetic band-structure engineering in polariton crystals with non-Hermitian topological phases”發(fā)表在近期發(fā)表的期刊《 Nature Communications》

創(chuàng)造量子顆粒的人造晶格可以允許研究人員在自然界中制造出一種原本不存在的環(huán)境下的物理現(xiàn)象來(lái)進(jìn)行研究。通過(guò)這一設(shè)計(jì)，然而，一個(gè)面臨的挑戰(zhàn)就是柔性的限制。材料需要能夠利用反向工程實(shí)現(xiàn)任務(wù)的要求，并且冷原子的光學(xué)晶格技術(shù)可以制造出任意的晶格形狀。

項(xiàng)目研究人員發(fā)展了一種新的辦法來(lái)創(chuàng)造任一形狀和可編程的人造晶格，這一方法真是僅僅使用結(jié)構(gòu)激光就得以實(shí)現(xiàn)。可編程則意味著腔極性系統(tǒng) 可以從一個(gè)晶格結(jié)構(gòu)變化成另外一個(gè)晶格結(jié)構(gòu)，而在變換的時(shí)候不需要使用昂貴的新的系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行切換。

結(jié)構(gòu)激光 structured laser light

當(dāng)激光轟擊半導(dǎo)體量子墻的時(shí)候，它就會(huì)激發(fā)出電子和空穴，同時(shí)激光出兩種有名的束縛態(tài)。當(dāng)量子墻位于兩個(gè)鏡子之間的時(shí)候，形成光子的陷阱(或空穴)，一些激發(fā)的粒子變成穿著光子衣服的實(shí)體，形成異國(guó)情調(diào)的半光、半物質(zhì)準(zhǔn)粒子 ，以上兩種都屬于著名的激子極化或腔極化。

激子極化會(huì)發(fā)生相互作用和經(jīng)常性的來(lái)回彈跳 。然而，他們也會(huì)反彈跳離開正常的電子，并且在背景激發(fā)。研究人員表明通過(guò)在以幾何結(jié)構(gòu)的方式應(yīng)用激光，激子極化開始遵循激光的形式進(jìn)行彈跳形成 激發(fā)電子、孔洞。換言之，激子極化開始經(jīng)受一個(gè)在激光“打印”的條件下形成綜合性的潛在景觀(實(shí)體)。

激光激發(fā)生成的潛在景觀，只能被激子極化所感知，而不是腔體內(nèi) 的光子，將系統(tǒng)從光子晶體中來(lái)區(qū)分開來(lái)。通過(guò)增加激光傳輸對(duì)稱性的模式，研究人員制造了固態(tài)系統(tǒng)的基本形態(tài)，通過(guò)固態(tài)材料中的電子的激子極化形成的晶體能帶。

這一結(jié)果為研究耗散多體量子物理 在晶格環(huán)境下的性能不能在正常的厄米量子系統(tǒng) 中進(jìn)行制造開辟了新的可能。

實(shí)驗(yàn)采用激光進(jìn)行極化固化形成圓圈固態(tài)晶體的過(guò)程

這以研究成果是非厄米拓?fù)湮锢? 的發(fā)展的激動(dòng)人心的新領(lǐng)域。制造的能帶只需要調(diào)整激光的模式就可以輕松實(shí)現(xiàn)，從而可以在一種無(wú)創(chuàng)傷性的方法下進(jìn)入人造晶格的量子物理系統(tǒng)中。

這一結(jié)果在很多領(lǐng)域都有用處，包括光通訊、信息處理、用于生物醫(yī)學(xué)的高靈敏度的探頭和拓?fù)浔Ｗo(hù)激光。