物理學(xué)家開發(fā)出一種革命性方法，能以驚人精度追蹤光學(xué)腔內(nèi)的光-物質(zhì)相互作用。他們創(chuàng)新的混合腔設(shè)計為量子技術(shù)到材料科學(xué)等領(lǐng)域開啟了新前沿。

來自馬克斯·普朗克學(xué)會弗里茨·哈伯研究所和德累斯頓-羅森多夫亥姆霍茲中心的科學(xué)家團隊，成功研制出突破性的實驗平臺，可實現(xiàn)兩個鏡面間捕獲光場的亞周期精度電場測量。通過電光法布里-珀羅諧振腔技術(shù)，該方案能精確控制和觀測光與物質(zhì)相互作用，尤其在太赫茲光譜范圍表現(xiàn)突出。

研究人員設(shè)計出可調(diào)諧混合腔并繪制其復(fù)雜的允許模式集合，可在光波節(jié)點或振幅最大處精確定位測量點。這項突破為量子電動力學(xué)和材料特性的超快調(diào)控開辟了新道路。

圖片:搜狗截圖20250218083144.png

電光腔 的實驗原理

核心突破

電光諧振腔：實現(xiàn)腔內(nèi)電場的原位測量

太赫茲光譜范圍：聚焦固體和分子中準粒子的低能相互作用，對理解關(guān)聯(lián)材料量子動力學(xué)至關(guān)重要

混合腔設(shè)計：開發(fā)可調(diào)諧多層結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)光-物質(zhì)相互作用的"開關(guān)"控制

理論突破：建立新模型闡釋電磁模式復(fù)雜相互作用，為未來區(qū)分光-物質(zhì)準粒子（極化激元）奠定基礎(chǔ)

精密測量推動腔電動力學(xué)發(fā)展

物理學(xué)家通過開發(fā)光學(xué)腔內(nèi)電場測量新方法取得重大突破。利用電光法布里-珀羅諧振腔實現(xiàn)亞周期時間尺度測量，可在相互作用發(fā)生原點觀測光與物質(zhì)反應(yīng)。

探索太赫茲光譜新邊疆

腔電動力學(xué)研究鏡面間材料與光的相互作用機制。該研究聚焦太赫茲波段，在此低能激發(fā)決定材料基礎(chǔ)特性。通過測量腔內(nèi)兼具光與物質(zhì)特性的新態(tài)，科學(xué)家深化了對這些相互作用的理解。

尖端混合腔設(shè)計革新

研究團隊開發(fā)出配備可調(diào)氣隙和分體探測晶體的混合腔。這種創(chuàng)新設(shè)計通過精確控制內(nèi)部反射，實現(xiàn)按需選擇性生成干涉圖樣。數(shù)學(xué)模型支持的觀測結(jié)果有助于解析復(fù)雜腔色散，為光-物質(zhì)相互作用物理機制提供新洞見。

未來應(yīng)用前景

該研究為腔光-物質(zhì)相互作用研究奠定基礎(chǔ)，在量子計算和材料科學(xué)等領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。論文第一作者Michael S. Spencer指出："我們的工作為探索和調(diào)控光與物質(zhì)基本相互作用開辟了新可能，為未來科學(xué)發(fā)現(xiàn)提供了獨特工具集。"課題組負責(zé)人Sebastian Maehrlein教授總結(jié)道："我們的電光腔提供了超高精度場解析視角，為實驗和理論中的腔量子電動力學(xué)研究開辟了新路徑。"

相關(guān)鏈接：https://www.nature.com/articles/s41377-024-01685-x