新皮米光子波能在硅半導體內傳播

科技日報北京11月17日電 （記者劉霞）美國研究人員發現了新的皮米尺度波，這種波可以在硅等半導體中傳播。研究人員指出，在半導體材料中使用皮米光子波有望催生新的功能性光學器件，應用於量子技術領域，相關研究發表於最新一期《物理評論應用》雜誌。

最新研究由普渡大學電氣和計算機工程副教授祖賓·雅各布博士領導，他説：“微觀這個詞源於微米，1微米僅為一米的百萬分之一。我們的最新研究是在比微米小得多的皮米範圍內，1皮米相當於1米的一萬億分之一，在這樣的尺度內，原子晶格的離散排列以驚人的方式改變了光的性質。”

從激光器到探測器，材料中的光—物質相互作用是許多光子器件的核心。在過去十年中，研究在光子晶體和超材料等工程結構內光如何在納米尺度上流動的納米光子學，已經取得重要進展，而最新發現利用了物質內原子反應量子理論的重大進展，有望催生皮米光子學。

但該領域長期存在的難題是原子晶格、其對稱性及其在皮米尺度光場中所起作用之間缺少聯繫。為解決這個難題，理論團隊開發了一個物質的麥克斯韋哈密頓框架，並與物質內光致響應的量子理論相結合。他們發現，原子晶格內出現了新的異常波，隱藏於傳統的電磁波內，而且，這些光波即使在硅晶體的基本結構塊（亞納米長度尺度）內都是高度振盪的。

雅各布説：“最新研究與應用於納米光子學的經典光流處理法迥然不同，光在材料中行為的量子性質是皮米光子學現象出現的關鍵。”

研究團隊表示，這些有趣的發現表明，在原子層面，自然介質擁有豐富多樣的光—物質相互作用現象。在半導體材料中使用皮米光子波有望促使研究人員設計出新的功能性光學器件，應用於量子技術領域。他們接下來計劃將最新研究應用於大量量子和拓撲材料，並通過實驗驗證這些新波的存在。