來自英國的斯科爾特和南安普頓的混合光子實驗的研究人員，聯(lián)合蘭卡斯特大學( Lancaster University (U.K.))的研究工作者，在最近發(fā)布了一項新的光學技術，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。

利用激光合成人造固態(tài)晶體結(jié)構的實驗裝置示意圖

結(jié)果證明可以實現(xiàn)現(xiàn)場可編程極化電路 和新的方法來實現(xiàn)光導和強約束 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)象來進行研究。通過這一設計，然而，一個面臨的挑戰(zhàn)就是柔性的限制。材料需要能夠利用反向工程實現(xiàn)任務的要求，并且冷原子的光學晶格技術可以制造出任意的晶格形狀。

項目研究人員發(fā)展了一種新的辦法來創(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)構激光就得以實現(xiàn)?？删幊虅t意味著腔極性系統(tǒng) 可以從一個晶格結(jié)構變化成另外一個晶格結(jié)構，而在變換的時候不需要使用昂貴的新的系統(tǒng)來進行切換。

結(jié)構激光 structured laser light

當激光轟擊半導體量子墻的時候，它就會激發(fā)出電子和空穴，同時激光出兩種有名的束縛態(tài)。當量子墻位于兩個鏡子之間的時候，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體，形成異國情調(diào)的半光、半物質(zhì)準粒子 ，以上兩種都屬于著名的激子極化或腔極化。

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

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)從光子晶體中來區(qū)分開來。通過增加激光傳輸對稱性的模式，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) 中進行制造開辟了新的可能。

實驗采用激光進行極化固化形成圓圈固態(tài)晶體的過程

這以研究成果是非厄米拓撲物理 的發(fā)展的激動人心的新領域。制造的能帶只需要調(diào)整激光的模式就可以輕松實現(xiàn)，從而可以在一種無創(chuàng)傷性的方法下進入人造晶格的量子物理系統(tǒng)中。

這一結(jié)果在很多領域都有用處，包括光通訊、信息處理、用于生物醫(yī)學的高靈敏度的探頭和拓撲保護激光。