科学家们如何用共振纳米天线减慢和控制光?
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发布时间：2024-09-30 19:51
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时间：2024-10-07 07:48
光速控制新突破：斯坦福大学科学家借助共振纳米天线
光速，一直以来都是信息传播的超速使者，然而，科学家们渴望掌握这一快速媒介的“刹车”技术，以解锁更多前沿科技的可能性。在最新成果中，斯坦福大学的研究团队在Nature Nanotechnology上揭示了一种创新方法，让光线减速，仿佛在回声室中滞留并自由操控。
材料科学与工程领域的詹妮弗·迪翁副教授带领的团队，打造了一种超薄硅芯片纳米棒，它们宛如高Q（品质因数）谐振器，能够捕获并重新释放光子。这种技术的应用潜力无穷，涵盖量子计算、虚拟现实、增强现实的新体验，甚至病毒检测技术，如SARS-CoV-2。博士后研究员马克劳伦斯形象地比喻：“我们试图在小盒子里捕获光线，让它从多个方向进出，就像在透明墙壁的回声室中。”
制造高Q纳米结构并非易事，关键在于精细的工艺。研究团队利用电子显微镜在蓝宝石晶片上蚀刻出纳米天线图案，要求纹路平滑如丝，避免任何缺陷，因为它们直接影响光的捕获效率。质量因素，这个衡量共振行为的指标，每提升一个数量级，光子的寿命就延长，而这些设备已达到惊人的2,500，是以往设备的百倍以上。
迪翁教授和劳伦斯的创新设计，不仅提升光捕捉性能，还适用于多种实际应用，如生物传感。他们正致力于利用这项技术，开发出能检测极低浓度抗体或病毒的生物标记器，甚至可能实现每个天线独立操作，实现对多种抗体的同步检测。
尽管新冠病毒疫情推动了病毒检测领域的研究，但迪翁教授对未来应用的想象更远。她指出，这种技术对LIDAR等技术也有着潜在贡献，甚至在量子科学中，控制纠缠光子可能带来微型化的量子纠缠发生器。这项突破性研究再次证明，基础科学的突破往往预示着未来科技的无限可能，为解决未来的挑战打开新的大门。
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