重大突破！科學家發現光子與聲子結合的新方法

光子是一個能量包，它是量子力學的基礎。聲子是幾個原子的集體振動，這兩個概念在物理學中都非常重要。此外，光子理論是大多數現代物理學所依賴的基本理論。

近日，紐約城市學院的研究團隊發現了一種將兩種不同狀態的物質結合起來的新方法。他們第一次將光子和聲子相結合，并以穩健和可控的方式控制它們的傳播。

該研究利用了拓撲光子學，這是光子學的一個新興方向。它利用了數學拓撲領域關于守恒量的基本思想—拓撲不變量，即在連續變形下改變幾何物體的部分時保持不變的守恒量。這種不變量的一個最簡單的例子是洞的數量，例如，從拓撲的角度來看，這使得甜甜圈和馬克杯等價。

拓撲性質賦予光子螺旋性，當光子在傳播時自旋，會出現一些獨特的性能。由于與晶體振動的相互作用，這些螺旋光子可以利用振動引導紅外光。

這項研究的意義重大，特別是允許研究人員推進用于確定分子振動模式的拉曼光譜。該研究還為振動光譜（也稱為紅外光譜）帶來了希望，它通過吸收、發射或反射來測量紅外輻射與物質的相互作用。而且，還可利用它來研究、識別和表征化學物質。

研究的主要作者、CCNY格羅夫工程學院物理學家Alexander Khanikaev說：“我們將螺旋光子與六方氮化硼中的晶格振動耦合，創造了一種新的混合物質，稱為聲子—極化激元（phonon-polaritons）。它一半是光，一半是振動。由于紅外光和晶格振動與熱有關，我們創造了光和熱一起傳播的新通道。”

新方法還可以實現定向輻射傳熱，這是一種通過電磁波散發熱量的能量傳遞形式。

該研究論文題為“Topological phonon-polariton funneling in midinfrared metasurfaces”，已發表在Science上。

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參考資料：https://www.sciencedaily.com/releases/2021/10/211008160507.htm

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