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(xué)。
來源：CC0 Public Domain
Aalto大學(xué)的一項(xiàng)新研究表明，磁場可以用來開關(guān)納米激光器。這一發(fā)現(xiàn)的物理學(xué)基礎(chǔ)為光學(xué)信號的發(fā)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(shí)現(xiàn)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(lǐng)域都很有用，比如寬帶通信和醫(yī)療診斷設(shè)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(fā)出來。這些納米激光器可能比傳統(tǒng)激光器更節(jié)能，而且它們在許多領(lǐng)域都具有巨大的優(yōu)勢——例如，納米激光器提高了用于醫(yī)療診斷的生物傳感器的靈敏度。
到目前為止，開關(guān)納米激光器需要直接操作，要么機(jī)械操作，要么利用熱和光。現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)找到了一種遠(yuǎn)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(jié)構(gòu)周圍的磁場，我們可以打開和關(guān)閉激光，” Aalto大學(xué)的Sebastiaan van Dijken教授說。
方形Co/Pt納米點(diǎn)陣列等離子體激光的磁場控制。
該團(tuán)隊(duì)通過使用不同于普通材料的等離子體納米激光器實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)。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(diǎn)，這些納米點(diǎn)在一層連續(xù)的金和絕緣二氧化硅上形成圖案。他們的分析表明，納米點(diǎn)的材料和周期性排列都是產(chǎn)生這種效應(yīng)的必要條件。
光子學(xué)朝著非常穩(wěn)健的信號處理方向發(fā)展
新的控制機(jī)制可能在一系列利用光信號的設(shè)備中被證明是有用的，但它對新興拓?fù)涔庾訉W(xué)領(lǐng)域的影響更令人興奮。拓?fù)涔庾訉W(xué)旨在產(chǎn)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(lǐng)域得到應(yīng)用。
van Dijken解釋說：“這一想法是，你可以創(chuàng)建特定的拓?fù)涔鈱W(xué)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(shè)備存在缺陷，或者由于材料粗糙，光線可以通過設(shè)備而不受干擾，因?yàn)樗艿酵負(fù)浔Ｗo(hù)。”
方形Co/Pt納米點(diǎn)陣列的激光模式分析。
到目前為止，使用磁性材料創(chuàng)建拓?fù)浔Ｗo(hù)的光信號需要強(qiáng)磁場。這項(xiàng)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(fā)現(xiàn)可以為新的、納米級的、拓?fù)浔Ｗo(hù)的信號指明方向。
“通常情況下，磁性材料會導(dǎo)致光的吸收和偏振發(fā)生很小的變化。在這些實(shí)驗(yàn)中，我們產(chǎn)生了高達(dá)20%的光學(xué)響應(yīng)的非常顯著的變化。這是以前從未見過的，”van Dijken說。
學(xué)院教授P ivi T rm 補(bǔ)充說，“這些結(jié)果對于實(shí)現(xiàn)拓?fù)涔庾咏Y(jié)構(gòu)具有巨大潛力，在拓?fù)涔庾咏Y(jié)構(gòu)中，通過選擇合適的納米顆粒陣列幾何結(jié)構(gòu)可以放大磁化效應(yīng)。"
方晶格Co/Pt納米點(diǎn)中的手性模式。
研究結(jié)果發(fā)表在《Nature Photonics》上。
這些發(fā)現(xiàn)是Aalto大學(xué)應(yīng)用物理系van Dijken教授領(lǐng)導(dǎo)的納米磁性和自旋電子學(xué)小組與T rm 教授領(lǐng)導(dǎo)的量子動力學(xué)小組長期合作的結(jié)果。
矩形陣列Co/Pt納米點(diǎn)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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