光的速度非???,而這種速度對(duì)于快速交換信息至關(guān)重要,不過(guò),當(dāng)光穿過(guò)材料時(shí),其激發(fā)原子和分子的機(jī)會(huì)就會(huì)變得非常小。如果科學(xué)家能夠減慢光粒子或光子的速度,就可以為一系列新技術(shù)應(yīng)用打開(kāi)大門(mén)。
圖片來(lái)源:斯坦福大學(xué)
據(jù)外媒報(bào)道,近日,斯坦福大學(xué)(Stanford)的研究人員就展示了一種可顯著降低光速的新方法,與在回聲室將聲音“抓住”并隨意引導(dǎo)聲音傳播的方向一樣。斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程系副教授Jennifer Dionne在實(shí)驗(yàn)室中,將超薄硅片構(gòu)造成納米大小的條棒,利用共振捕獲光線,然后再釋放光線或重新定向。此類“高質(zhì)量因子”(high-quality-factor)或“高Q”諧振器可能可以創(chuàng)造操控和使用光的新方法,實(shí)現(xiàn)量子計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、光學(xué)WiFi,甚至檢測(cè)SARS-CoV-2病毒等應(yīng)用。
在操縱光之前,需要打造諧振器,這其實(shí)帶來(lái)了很多挑戰(zhàn)。
該設(shè)備的核心部件是一層極薄的硅,可以高效地捕獲光線,對(duì)近紅外光的吸收率也很低,而科學(xué)家們正想控制近紅外光。硅放在透明材料晶片(如藍(lán)寶石)上,研究人員將電子顯微鏡的“針頭”置于晶片上蝕刻納米天線圖案。此種圖案必須劃得盡可能平滑,因?yàn)榇祟愄炀€需要像回音室的墻壁一樣,而如果有缺陷就會(huì)抑制捕捉光線的能力。
最終,該設(shè)備的質(zhì)量因子高達(dá)2500,比以往任何類似設(shè)備的質(zhì)量因子(質(zhì)量因子是描述共振行為的一種度量,與光的壽命成正比)高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)(100倍),從而可以實(shí)現(xiàn)各種技術(shù)應(yīng)用。
例如,生物傳感。單個(gè)的生物分子非常小,基本無(wú)法看到。但是,讓光在一個(gè)分子中穿透成百上千次,可以極大地增加打造可探測(cè)散射效應(yīng)的機(jī)會(huì)。
現(xiàn)在,研究人員們正致力于將此種技術(shù)用于探測(cè)COVID-19的抗原(能引發(fā)免疫反應(yīng)的分子)和抗體(在反應(yīng)中,由免疫系統(tǒng)產(chǎn)生的蛋白質(zhì))。此種高質(zhì)量因子納米諧振器還可以讓每個(gè)天線單獨(dú)工作,以同時(shí)探測(cè)不同類型的抗體。
此外,該項(xiàng)技術(shù)還可用于通常用于自動(dòng)駕駛汽車(chē)的激光雷達(dá),以及在量子科學(xué)中發(fā)揮作用。
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