CCNY新研究发现一种结合拓扑光子与晶格振动的新方法

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据外媒报道,纽约市立大学-城市学院(CCNY)的一个团队的新研究发现了一种结合两种不同物质状态的新方法。这是第一次将拓扑光子与晶格振动(也被称为声子)结合起来,以稳健和可控的方式操纵其传播。

这项研究利用了拓扑光子学,这是光子学的一个新兴方向,它利用了拓扑学关于守恒量(拓扑不变量)的基本思想,这指的是在连续变形下改变几何物体的部分时保持不变。这种不变量的一个最简单的例子是洞的数量,例如,咖啡杯和甜甜圈对拓扑学数学家是一样的。拓扑特性赋予了光子以螺旋性,当光子在传播过程中旋转时,会导致独特和意想不到的特性,如对缺陷的鲁棒性和沿拓扑不同材料之间界面的单向传播。由于与晶体中的振动相互作用,这些螺旋状的光子随后可以被用来引导红外光与振动。

这项工作的影响是广泛的,特别是使研究人员能够推进拉曼光谱学,它被用来确定分子的振动模式。这项研究也为振动光谱学–也被称为红外光谱学–带来了希望,它通过吸收、发射或反射测量红外辐射与物质的相互作用。然后科学家可以利用这一点来研究和识别化学物质并确定其特征。

“我们将螺旋光子与六方氮化硼的晶格振动结合起来,创造了一种新的混合物质,被称为声子-极子,”主要作者、来自CCNY格罗夫工程学院的物理学家Alexander Khanikaev说。"它一半是光,一半是振动。由于红外光和晶格振动都与热有关,我们创造了新的渠道,让光和热一起传播。通常情况下,晶格振动是很难控制的,引导它们绕过缺陷和尖角以前是不可能的。"

新方法还可以实现定向辐射热传递,这是一种能量传递形式,期间热量通过电磁波散失。

Khanikaev教授小组的博士后研究员、该研究的第一作者Sriram Guddala博士补充说:“我们可以为这种形式的混合光和物质激发创造任意形状的通道,以便在我们创造的二维材料中沿途引导。这种方法还允许我们切换振动沿这些通道的传播方向,向前或向后,仅仅通过切换入射激光束的偏振手性。有趣的是,随着声子-极子的传播,振动也随着电场的旋转而旋转。这是一种完全新颖的引导和旋转晶格振动的方式,这也使它们成为螺旋状。”

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