纳米光操纵：为量子和热管理带来新奇突破

明尼苏达大学双城分校的研究人员最近领导的一项研究为深入了解材料中光、电子和晶体振动如何相互作用提供了基础见解。该研究对于开发用于量子信息处理的芯片架构意义重大，能大幅降低制造方面的限制以及热管理的难度。

所谓“平面双曲极化激元”的研究领域是个新领域，仅有短短几年的历史。发表在《自然通讯》上的这篇研究论文概述了该领域的现状，探讨了进一步探索的潜在途径，并强调了未来的机会。

极化激元指的是由光（光子）和物质（激子、声子、等离激元）相互作用产生的混合粒子。双曲指的是特定的色散，它描述了在这类材料中极化激元波长随入射频率（能量）的变化情况，从而能够实现光在特定方向上的操纵。综合这两个因素，研究人员正在研究如何在明确的方向上操纵光。

灯泡可以作为这个理论的一个简单例子。当您打开开关后，灯泡发出的光具有宽泛的波长范围，向四面八方分散，因为空间在各个方向具有相同的性质。但是，有某些材料可以在二维空间中操纵光，在这个例子里，一旦您打开开关，灯泡就会像激光那样沿着一个清晰明确的方向发光。

“通过操纵双曲线极化激元的特性，我们有望在各个行业开拓新的应用并取得进步，例如用于紧凑型量子计算机的极化激元量子比特（量子信息的基本单位），”该研究的资深作者、明尼苏达大学电气与计算机工程系的保罗·帕尔姆伯格教授托尼·洛表示。

“这项研究的其他潜在应用可能是改善特定设备（如晶体管）中的热管理，”该研究的资深作者、范德比尔特大学教授约书亚·考德威尔（Joshua Caldwell）说道。

研究团队对物理现象提出了见解，包括操纵双曲线极化激元的相关技术。

除了 Low 和 Caldwell，研究团队还包括王宏伟（明尼苏达大学双城分校）、安舒曼·库马尔（印度理工学院孟买分校）、戴思源（奥本大学）、林晓（浙江大学）、祖宾·雅各布（普渡大学）、桑-许恩·吴（Sang-Hyun Oh）（明尼苏达大学双城分校）、维诺德·梅农（纽约大学）、叶夫根尼·纳里马诺夫（普渡大学）和金英德（庆熙大学）、王建平（明尼苏达大学双城分校）、菲登·阿沃里斯（明尼苏达大学双城分校）和路易斯·马丁·莫雷诺（萨拉戈萨大学）。