光子与声子相结合的新技术获得突破

    纽约城市学院的研究小组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-光与晶格振动（也称为声子）相结合，并且还可以稳健且可控的方式操纵它们的传播。

    这项研究利用拓扑光子学，这是光子学中的一个新兴方向，它利用拓扑数学领域关于守恒量（拓扑不变量）的基本思想，在连续变形下改变几何对象的部分时保持不变。此类不变量的最简单示例之一是孔数，例如，从拓扑的角度来看，这使甜甜圈和马克杯等效。拓扑特性赋予光子螺旋性，当光子在传播时自旋，导致独特和意想不到的特性，例如对缺陷的鲁棒性和沿着拓扑不同材料之间界面的单向传播。由于与晶体振动的相互作用，这些螺旋光子可用于引导红外光 随着振动。

    顶部有一层六方氮化硼的拓扑不同的光子晶体（橙色和蓝色）能够耦合拓扑光和晶格振动，以形成手性半光半振动激发，可以沿一维通道以稳健的方式定向引导。

    这项工作的影响广泛，特别是允许研究人员推进用于确定分子振动模式的拉曼光谱。该研究还为振动光谱（也称为红外光谱）带来了希望，它通过吸收、发射或反射来测量红外辐射与物质的相互作用。然后可以利用它来研究、识别和表征化学物质。

   “我们加上螺旋光子与晶格振动的六方氮化硼，创造一种新的混合物质被称为声子极化，”主要作者，物理学家与工程CCNY的树丛学校隶属关系Khanikaev，说：“它是半光半振动。由于红外光和晶格振动与热有关，我们创造了新的光和热一起传播的通道。通常，晶格振动很难控制，并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传热，这是一种通过电磁波散发热量的能量传递形式。

   “我们可以为这种形式的混合光和物质激发创建任意形状的通道，以便在我们创建的二维材料中进行引导，”Khanikaev 教授小组的博士后研究员、该论文的第一作者 Sriram Guddala 博士补充道：“这种方法还允许我们沿着这些通道向前或向后切换振动的传播方向，只需通过切换入射激光束的偏振手性即可。有趣的是，随着声子极化子的传播，振动也随电旋转。场。这是一种全新的引导和旋转晶格振动的方法，这也使它们呈螺旋状。”

    这项研究题为“中红外超表面中的拓扑声子极化子漏斗”发表在《科学》杂志上。