AMOLF的研究人員與代爾夫特理工大學（Delft University of Technology）合作，通過使包含光波的二維光子晶體變形，成功地使光波停止。研究人員的研究表明，即使是微小的變形也會對晶體中的光子產生實質性影響。這類似于磁場對電子的影響。

AMOLF小組負責人Ewold Verhagen說：“這一原理提供了一種減緩光場從而增強其強度的新方法。在芯片上實現(xiàn)這一點對于許多應用來說尤為重要"。

研究人員在《自然·光子學》（Nature Photonics）雜志上發(fā)表了他們的研究成果。與此同時，賓夕法尼亞州立大學的一個研究小組也在同一雜志上發(fā)表了一篇文章，介紹了他們是如何獨立于荷蘭研究小組展示相同效果的。

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光子晶體的電子顯微鏡圖像。三角形孔的直徑為300納米。晶體陣列的曲率阻止了晶體中的光波移動。

在小尺度上操縱材料中的光流有利于納米光子芯片的開發(fā)。對于電子來說，這種操縱可以通過磁場來實現(xiàn)；洛倫茲力可以引導電子運動。然而，這對光子來說是不可能的，因為它們不帶電荷。

AMOLF 的光子力小組的研究人員正在尋找技術和材料，使他們能夠對光子施加類似磁場效應的力。

電子

Verhagen說：“我們從電子在材料中的行為方式中尋找靈感。在導體中，電子原則上可以自由移動，但外部磁場可以阻止電子移動。磁場造成的圓周運動阻止了傳導，因此電子只有在具有非常特殊的能量時才能在材料中存在。這些能級被稱為朗道能級，是電子在磁場中的特征。但是，在二維材料石墨烯（由排列在晶體中的單層碳原子組成）中，這些朗道能級也可以由與磁場不同的機制引起。一般來說，石墨烯是一種良好的電子導體，但當晶體陣列發(fā)生變形時，例如像拉伸橡皮筋那樣拉伸時，情況就會發(fā)生變化。這種機械變形會阻止傳導；材料會變成絕緣體，電子因此會被束縛在朗道水平上。因此，即使沒有磁鐵，石墨烯的變形對材料中電子的影響也與磁場類似。我們問自己，類似的方法是否也適用于光子？”

光子晶體

在與代爾夫特理工大學的 Kobus Kuipers 的合作中，維爾哈根的研究小組確實在光子晶體中證明了類似的光效應。

第一作者勒內-巴爾茨克（René Barczyk）說：“光子晶體通常由硅層中的規(guī)則二維孔洞組成。光可以在這種材料中自由移動，就像石墨烯中的電子一樣"，他在 2023 年成功通過了關于這一主題的博士論文答辯。“以正確的方式打破這種規(guī)律性將使陣列變形，從而鎖定光子。這就是我們?yōu)楣庾觿?chuàng)造朗道水平的方法”。

在朗道水平中，光波不再移動；它們不會在晶體中流動，而是靜止不動。研究人員成功地證明了這一點，表明晶體陣列的變形對光子的影響類似于磁場對電子的影響。

Verhagen說："通過對變形模式的研究，我們甚至能夠在一種材料中建立各種類型的有效磁場。因此，光子可以穿過材料的某些部分，但不能在其他部分移動。因此，這些見解也為在芯片上引導光線提供了新的方法”。

同步實驗

Verhagen和他的團隊的工作受到了賓夕法尼亞州立大學和哥倫比亞大學研究人員理論預測的啟發(fā)。Verhagen回憶說："當我們進行第一次測量時，我碰巧與另一項研究的作者之一交談。當發(fā)現(xiàn)他們也在尋找這種效應的實驗證據(jù)時，我們決定不爭先發(fā)表，而是同時向出版商提交工作。”

雖然方法中的一些細節(jié)有所不同，但兩個團隊都能通過使二維光子晶體變形來阻止光波移動并觀察朗道水平。

Verhagen說：”這使芯片上的應用更近了一步。如果我們能將光限制在納米尺度并使其停止，那么光的強度將大大增強。而且不僅僅是在一個位置，而是在整個晶體表面。這種光的集中在納米光子設備中非常重要，例如用于開發(fā)高效激光器或量子光源。”

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