拓撲光子學新突破！科學家可使用磁場遠程控制納米激光器

納米激光器，是指由納米線等納米材料作為諧振腔，在光激發(fā)或電激發(fā)下出射激光的微納器件。近日，阿爾托大學（Aalto University）有一項新研究表明，磁場可以用來打開和關閉納米激光器。這一發(fā)現(xiàn)背后的物理學原理，為開發(fā)不受外部干擾的光信號鋪平了道路，從而使信號處理具有前所未有的穩(wěn)定性。

激光將光聚集成極其明亮的光束，這些光束可用于各種領域，例如寬帶通信和醫(yī)療診斷設備。大約在10年前，一種極小和極快的激光器被開發(fā)出來，科學家稱其為等離子體納米激光器（plasmonic nanolasers）。這些納米激光器可能比傳統(tǒng)激光器更省電，它們在許多領域都有很大的優(yōu)勢——例如，它提高了用于醫(yī)療診斷的生物傳感器靈敏度。

到目前為止，打開和關閉納米激光器，都需要直接操縱它們，無論是機械操縱還是使用熱或光。如今，研究人員已經找到了一種可以遠程控制納米激光器的方法。

這項研究通過外部磁場控制激光信號，通過改變磁性納米結構周圍的磁場，可以打開和關閉激光，從而實現(xiàn)對激光器的控制。

該團隊使用了特殊材料制造等離子體納米激光器來實現(xiàn)這一目標。他們沒有使用普通的貴金屬，例如金或銀，如金或銀，而是使用了在連續(xù)的金和絕緣的二氧化硅層上圖案化的磁性鈷-鉑納米點。團隊分析表明，材料和納米點在周期性陣列中的排列，都是產生這種效果的必要條件。

這種新的控制機制，有望在一系列利用光信號的設備中起到一定的作用，尤其在新興拓撲光子學領域的應用更是讓人激動。拓撲光子學旨在產生不受外部干擾的光信號，通過提供非常穩(wěn)定的信號處理，這將在許多領域中得到應用。

研究者補充道，一般情況下，磁性材料可以引起光的吸收和偏振的變化非常少。但在這些實驗中，磁性材料在光學反應中產生了非常顯著的變化——高達20%。

到目前為止，使用磁性材料創(chuàng)建拓撲保護的光信號需要強磁場。新的研究表明，在這種情況下，使用特定對稱性的納米粒子陣列，可以意外地放大磁性的效果。研究人員認為，這項研究發(fā)現(xiàn)可以為新的、納米級的、受拓撲學保護的信號指明方向。

題為Magnetic on–off switching of a plasmonic laser的相關研究論文發(fā)表在《自然-光子學》上。

前瞻經濟學人APP資訊組

論文原文：

https://www.nature.com/articles/s41566-021-00922-8

標簽： 拓撲光子學 磁場