操纵光和声的人：科学家开发能控制光子和晶格振动混合态的平台

日前，科学家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与晶格振动（也被称为声子）结合起来，以一种稳健和可控的方式操纵它们的传播。

纽约城市学院的一个团队的新研究发现了一种结合两种不同物质状态的新方法。这项研究利用了拓扑光子学，这是光子学的一个新兴方向，它利用了数学领域的拓扑学关于守恒量的基本思想：拓扑不变量，指的是在连续变形下改变几何物体的部分时保持不变。

拓扑特性赋予了光子以螺旋性，当光子在传播过程中旋转时，会导致独特和意想不到的特性，如对缺陷的鲁棒性和沿拓扑不同材料之间界面的单向传播。由于与晶体中的振动相互作用，这些螺旋状的光子随后可以被用来引导红外光与振动。因此，这项研究也为振动光谱学，通过吸收、发射或反射测量红外辐射与物质的相互作用，来研究和识别化学物质并确定其特征。

在这项研究当中，研究团队将螺旋光子与六方氮化硼的晶格振动结合起来，创造了一种被称为声子-极子的新的混合物质。这种物质一半是光，一半是振动。由于红外光和晶格振动都与热有关，研究团队创造了新的渠道，让光和热一起传播。

该研究的第一作者Sriram Guddala博士补充说：“我们可以为这种形式的混合光和物质激发创造任意形状的通道，以便在我们创造的二维材料中沿途引导。”

有趣的是，随着声子-极化子的传播，振动也随着电场的旋转而旋转。这是一种完全新颖的引导和旋转晶格振动的方式，这也使它们成为螺旋状。

新方法还可以实现定向辐射热传递，这是一种能量传递形式，期间热量通过电磁波散失。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj5488