科学家在准晶体中创造出新型光物质

科学家首次创造出可重构的极化激元二维准晶体。由斯科尔科沃科学技术研究所牵头，联合冰岛大学、华沙大学及俄罗斯科学院光谱研究所的团队证实，这种特殊物质状态同时具备长程有序性与新型相位同步特征，为研究非周期环境下的超固态、超流性等奇异现象开辟了新路径。这项突破性研究发表于《科学进展》期刊。

研究团队通过激子-极化激元（一种光与物质混合的准粒子）实现突破。他们将这种极化激元排列成著名的彭罗斯铺砖结构——一种具有五重对称性的非周期图案，观察到宏观相干态的形成：各节点以非同寻常的方式实现同步，这种现象在传统周期晶体中从未出现。

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二维极化激元准晶的实现

非周期结构的魅力

自Dan Shechtman在1984年颇具争议地发现准晶体（后获诺贝尔奖）以来，这种物质始终令科学家着迷。其结构充满矛盾：虽无普通晶体的重复单元，却展现出严格的长程有序性。准晶体的独特结构可用于制造极耐用、防粘的煎锅和剃须刀涂层，大幅延长产品寿命。未来还有望提升建筑隔热效率并改进LED照明技术。

从基础科学视角看，准晶体能展现分形能谱与异常波传输特性（如光的安德森局域化）。虽然已在电子、光子和原子系统中开展研究，但其在激光驱动非平衡量子流体中的行为始终是未知领域。

光绘实验

研究团队采用空间光调制器对激光束进行整形，将彭罗斯铺砖图案（由粗细不同的菱形组成）投射到半导体微腔样品上。这种在半导体材料上"印制"泵浦光点阵列的方法，为相互作用极化激元创造了势场环境。

当激光功率超过特定阈值，铺砖结构各节点处形成激子-极化激元凝聚体。由于混合特性，这些凝聚体并不局限于激光泵浦点，而是能在样品中弹道传输并相互干涉。通过精细调节激光功率、节点数量和间距，研究人员实现了对非周期环境中极化激元系统的精确控制。

长程有序与非凡相位

最引人注目的发现是：整个非周期结构自发形成宏观相干性，相干距离达单个凝聚体尺寸的100倍。动量空间光致发光谱中出现的尖锐十重对称布拉格峰，确证了长程有序的存在。研究人员通过精密干涉技术测量凝聚体间相对相位图，发现节点以既非完全同相也非完全反相的方式同步——这种"非平凡相位锁定"现象在周期晶格中从未出现。

论文第一作者、斯科尔科沃光子中心助理教授Sergey Alyatkin表示："实验结果呈现出直观的美感。当来自彭罗斯镶嵌不同节点的极化激元在微腔平面弹道传播时，我们观测到了复杂的干涉图样。"

研究者认为，这种光学方法为数学界新发现的非周期单调砌块提供了物理实现路径。该单调砌块仅需单一形状即可无缝隙铺满整个平面——此前的认知中，二维准晶体至少需要两种不同形状（如本研究实现的薄厚菱形组合彭罗斯准晶体）才能实现铺陈。

相关链接：https://dx.doi.org/10.1126/sciadv.adz2484