Nature子刊最新研究表明，使用磁鐵來切換納米激光器可以帶來更好的光子學。
來源：CC0 Public Domain
Aalto大學的一項新研究表明，磁場可以用來開關納米激光器。這一發現的物理學基礎為光學信號的發展鋪平了道路，使其不會受到外部干擾，從而在信號處理中實現了前所未有的魯棒性。
激光將光集中成非常明亮的光束，在很多領域都很有用，比如寬帶通信和醫療診斷設備。大約十年前，被稱為等離子體納米激光器的極小且快速的激光器被開發出來。這些納米激光器可能比傳統激光器更節能，而且它們在許多領域都具有巨大的優勢——例如，納米激光器提高了用于醫療診斷的生物傳感器的靈敏度。
到目前為止，開關納米激光器需要直接操作，要么機械操作，要么利用熱和光。現在，研究人員已經找到了一種遠程控制納米激光的方法。
“這里的新奇之處在于，我們能夠通過外部磁場來控制激光信號。通過改變我們磁性納米結構周圍的磁場，我們可以打開和關閉激光，” Aalto大學的Sebastiaan van Dijken教授說。
方形Co/Pt納米點陣列等離子體激光的磁場控制。
該團隊通過使用不同于普通材料的等離子體納米激光器實現了這一目標。他們使用的不是通常的貴金屬，如金或銀，而是磁性鈷鉑納米點，這些納米點在一層連續的金和絕緣二氧化硅上形成圖案。他們的分析表明，納米點的材料和周期性排列都是產生這種效應的必要條件。
光子學朝著非常穩健的信號處理方向發展
新的控制機制可能在一系列利用光信號的設備中被證明是有用的，但它對新興拓撲光子學領域的影響更令人興奮。拓撲光子學旨在產生不受外部干擾的光信號。通過提供非常健壯的信號處理，這將在許多領域得到應用。
van Dijken解釋說：“這一想法是，你可以創建特定的拓撲光學模式，這些模式具有某些特性，允許它們被傳輸并防止任何干擾。”。“這意味著，如果設備存在缺陷，或者由于材料粗糙，光線可以通過設備而不受干擾，因為它受到拓撲保護。”
方形Co/Pt納米點陣列的激光模式分析。
到目前為止，使用磁性材料創建拓撲保護的光信號需要強磁場。這項新的研究表明，在這種情況下，磁性的影響可以使用一種特殊對稱的納米顆粒陣列意外地放大。研究人員相信他們的發現可以為新的、納米級的、拓撲保護的信號指明方向。
“通常情況下，磁性材料會導致光的吸收和偏振發生很小的變化。在這些實驗中，我們產生了高達20%的光學響應的非常顯著的變化。這是以前從未見過的，”van Dijken說。
學院教授P ivi T rm 補充說，“這些結果對于實現拓撲光子結構具有巨大潛力，在拓撲光子結構中，通過選擇合適的納米顆粒陣列幾何結構可以放大磁化效應。"
方晶格Co/Pt納米點中的手性模式。
研究結果發表在《Nature Photonics》上。
這些發現是Aalto大學應用物理系van Dijken教授領導的納米磁性和自旋電子學小組與T rm 教授領導的量子動力學小組長期合作的結果。
矩形陣列Co/Pt納米點等離子體激光的磁場控制。
來源：Nature Photonics, DOI:10.1038/s41566-021-00922-8
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