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紐約城市學(xué)院的研究小組發(fā)現(xiàn)了一種結(jié)合兩種不同物質(zhì)狀態(tài)的新方法。這是第一次將拓?fù)涔庾?光與晶格振動(dòng)（也稱為聲子）相結(jié)合，并且還可以穩(wěn)健且可控的方式操縱它們的傳播。

這項(xiàng)研究利用拓?fù)涔庾訉W(xué)，這是光子學(xué)中的一個(gè)新興方向，它利用拓?fù)鋽?shù)學(xué)領(lǐng)域關(guān)于守恒量（拓?fù)洳蛔兞浚┑幕舅枷?，在連續(xù)變形下改變幾何對(duì)象的部分時(shí)保持不變。此類不變量的最簡單示例之一是孔數(shù)，例如，從拓?fù)涞慕嵌葋砜?，這使甜甜圈和馬克杯等效。拓?fù)涮匦再x予光子螺旋性，當(dāng)光子在傳播時(shí)自旋，導(dǎo)致獨(dú)特和意想不到的特性，例如對(duì)缺陷的魯棒性和沿著拓?fù)洳煌牧现g界面的單向傳播。由于與晶體振動(dòng)的相互作用，這些螺旋光子可用于引導(dǎo)紅外光 隨著振動(dòng)。

頂部有一層六方氮化硼的拓?fù)洳煌墓庾泳w（橙色和藍(lán)色）能夠耦合拓?fù)涔夂途Ц裾駝?dòng)，以形成手性半光半振動(dòng)激發(fā)，可以沿一維通道以穩(wěn)健的方式定向引導(dǎo)。

這項(xiàng)工作的影響廣泛，特別是允許研究人員推進(jìn)用于確定分子振動(dòng)模式的拉曼光譜。該研究還為振動(dòng)光譜（也稱為紅外光譜）帶來了希望，它通過吸收、發(fā)射或反射來測量紅外輻射與物質(zhì)的相互作用。然后可以利用它來研究、識(shí)別和表征化學(xué)物質(zhì)。

“我們加上螺旋光子與晶格振動(dòng)的六方氮化硼，創(chuàng)造一種新的混合物質(zhì)被稱為聲子極化，”主要作者，物理學(xué)家與工程CCNY的樹叢學(xué)校隸屬關(guān)系Khanikaev，說：“它是半光半振動(dòng)。由于紅外光和晶格振動(dòng)與熱有關(guān)，我們創(chuàng)造了新的光和熱一起傳播的通道。通常，晶格振動(dòng)很難控制，并引導(dǎo)它們繞過缺陷和尖角以前是不可能的?！?/p>

新方法還可以實(shí)現(xiàn)定向輻射傳熱，這是一種通過電磁波散發(fā)熱量的能量傳遞形式。

“我們可以為這種形式的混合光和物質(zhì)激發(fā)創(chuàng)建任意形狀的通道，以便在我們創(chuàng)建的二維材料中進(jìn)行引導(dǎo)，”Khanikaev 教授小組的博士后研究員、該論文的第一作者 Sriram Guddala 博士補(bǔ)充道：“這種方法還允許我們沿著這些通道向前或向后切換振動(dòng)的傳播方向，只需通過切換入射激光束的偏振手性即可。有趣的是，隨著聲子極化子的傳播，振動(dòng)也隨電旋轉(zhuǎn)。場。這是一種全新的引導(dǎo)和旋轉(zhuǎn)晶格振動(dòng)的方法，這也使它們呈螺旋狀?！?/p>

這項(xiàng)研究題為“中紅外超表面中的拓?fù)渎曌訕O化子漏斗”發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。