新形状光子为先进光学技术打开大门

荷兰屯特大学（University of Twente）的研究人员对构成光的基本粒子——光子有了重要的认识。与原子周围的电子相比，光子的 "行为 "种类多得惊人，同时也更容易控制。

这些新见解具有广泛的应用前景，从智能 LED 照明到用量子电路控制的新型光子信息比特，再到灵敏的纳米传感器。他们的研究成果发表在《物理评论 B》上。

在光子晶体超晶格中出现几个光子轨道。

在原子中，称为电子的微小基本粒子以称为轨道的形状占据原子核周围的区域。这些轨道给出了在特定空间区域找到电子的概率。量子力学决定了这些轨道的形状和能量。与电子类似，研究人员也用轨道来描述最有可能发现光子的空间区域。

无论你设计出何种狂野的形状

屯特大学的研究人员对这些光子轨道进行了研究，发现只要精心设计特定的材料，他们就能创造并控制这些具有各种形状和对称性的轨道。这些成果有望应用于先进的光学技术和量子计算。

第一作者科宗解释说："在化学教科书中，电子总是围绕着位于轨道中心的微小原子核运行。因此，电子轨道的形状不能偏离完美的球形。而对于光子，通过将不同的光学材料以设计好的空间排列组合在一起，轨道的形状可以随心所欲"。

更容易设计

研究人员进行了一项计算研究，以了解光子被限制在由微小孔隙（光子晶体）组成的特定三维纳米结构中时的行为。这些空腔被有意设计成具有缺陷，从而形成一种上层结构，将光子态与周围环境隔离开来。

物理学家沃斯和拉根迪克说："鉴于纳米技术的工具箱非常丰富，设计具有新颖光子轨道的别致纳米结构要比改造原子以实现新颖电子轨道和化学性质容易得多。"

先进的光学技术

光子轨道对于开发高效照明、量子计算和灵敏光子传感器等先进光学技术非常重要。研究人员还研究了这些纳米结构如何提高光学态的局部密度，这对于空腔量子电动力学的应用非常重要。

他们发现，具有较小缺陷的结构比具有较大缺陷的结构具有更大的增强作用。这使它们更适合集成量子点和创建单光子网络。

相关链接：https://phys.org/news/2024-07-photons-doors-advanced-optical-technologies.html

论文链接：https://dx.doi.org/10.1103/PhysRevB.109.235141