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首個(gè)室溫拓撲量子模擬器問(wèn)世

發(fā)布時(shí)間：2024-6-7來(lái)源：青島市科學(xué)技術(shù)局點(diǎn)擊：返回列表

科技日報訊 （記者張佳欣）美國倫斯勒理工學(xué)院研究人員制造出首個(gè)在室溫下運行的強光物質(zhì)相互作用拓撲量子模擬器，其寬度與人類(lèi)發(fā)絲相當。這一裝置將幫助物理學(xué)家研究物質(zhì)和光的基本性質(zhì)，支持從醫學(xué)到制造業(yè)等諸多領(lǐng)域高效激光器的開(kāi)發(fā)。相關(guān)論文發(fā)表在5月24日的《自然·納米技術(shù)》雜志上。
 
這種裝置由一種稱(chēng)為光子拓撲絕緣體的特殊材料制成。光子拓撲絕緣體可引導光子到達材料內部專(zhuān)門(mén)設計的界面，同時(shí)還可以防止這些光子通過(guò)材料本身散射。由于這種特性，拓撲絕緣體可使許多光子像一個(gè)光子一樣連貫行動(dòng)。這些裝置還可用作拓撲“量子模擬器”，讓研究人員在這些微型實(shí)驗室中研究量子現象。
 
研究人員表示，他們制造的光子拓撲絕緣體具有獨特性，可在室溫下工作，這是一個(gè)重大進(jìn)步。此前的研究只能使用大型昂貴的裝置，而且是在真空中對物質(zhì)進(jìn)行超冷卻。新型裝置不僅為更多科學(xué)家提供了在實(shí)驗室進(jìn)行基礎物理研究的便利，而且為開(kāi)發(fā)低能耗激光器帶來(lái)了更廣闊的前景。這是因為，新裝置的室溫工作能量閾值僅為傳統低溫裝置的七分之一。
 
開(kāi)發(fā)新裝置的技術(shù)與半導體行業(yè)制造微芯片的技術(shù)相同，需要將不同材料層逐個(gè)原子、逐個(gè)分子地疊在一起，創(chuàng )建具有特定屬性的理想結構。
 
為了制造這種新裝置，研究人員培育了超薄鹵化物鈣鈦礦板材，并在其頂部蝕刻了一種帶有圖案的聚合物。他們將這些晶體板和聚合物夾在各種氧化物材料薄片之間，最終形成一個(gè)約2微米厚、100微米見(jiàn)方的物體（人類(lèi)頭發(fā)的平均寬度約為100微米）。激光照射到設備時(shí)，界面上出現發(fā)光的三角形圖案。該圖案由設備設計決定，是激光拓撲特性的結果。
 
研究人員表示，能夠在室溫下研究量子現象令人興奮，這意味著(zhù)材料工程將幫助人們解答一些科學(xué)上的重大問(wèn)題。 

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