陈根：研究开发新技术，捕获光的新极限

文|陈根

随着光操控器件尺寸的不断缩小，表面等离激元共振引发的场增强将带来量子隧穿效应、非线性效应等复杂的物理现象，经典的电磁波理论框架无法准确描述金属纳米天线的各种光力特性。同时，由于传统光学透镜受到衍射极限和数值孔径的限制，目前在实验上实现单光束光牵引仍然非常困难。

能够在极小体积内聚焦光的光子谐振器是一项重要的研究，目前在材料科学、光电子学、化学、量子技术等领域取得了不同程度的进展。该设备聚焦后的光可以与物质发生极强的相互作用，使电磁学变得非微扰性。

这些光还能够用来改变与之相互作用的材料的特性，从而成为材料科学的一个强大工具。然而，当激发的分子或量子点返回其低能基态时，会产生光子（光子）。这个过程被称为自发发射，并且通常是不可逆的，即发射的光子不会简单地返回发射体再被吸收。

此外，当质子开始激发传播时，光往往不能被限制在一个临界尺寸以下的系统中，这就导致电子波从共振器上移开，并使光子的能量溢出。

苏黎世联邦理工学院的科学家们无法用对光-物质耦合的最先进理解来解释。因此，物理学家们找到了南安普顿的物理和天文学学院，那里的研究人员领导了理论分析，并建立了一个能够定量再现这些结果的新理论。

研究人员们在纳米尺度上达到了光-物质耦合的一个新门槛。合作的重点是在一个二维电子气体的顶部，以不断缩小的尺寸制造光子纳米天线。该装置通常被世界各地的实验室用来探索强电磁耦合的效果，利用天线捕获和聚焦靠近电子的光的能力。

研究结果确定了限制和利用光的能力的一个基本机制，目前，相关研究发表在《自然-光子学》上。未来，科学家们准备对该研究进行进一步的探索，从而释放出像关于超封闭电磁场的重要技术。