作者劳拉·斯特雷夫，斯坦福大学 艺术家绘制的高品质亚表面分束器
这些“高品质因数”或“高品质”的谐振器可能会带来操纵和使用光的新方法
信用:莱利A
苏哈尔 光速是出了名的快
它的速度对于快速的信息交换至关重要，但是当光在材料中快速穿行时，它与原子和分子相互作用并激发它们的机会会变得非常小
如果科学家能够阻止轻粒子或光子，这将打开一系列新技术应用的大门
现在，在8月16日发表的一篇论文中
17、在《自然纳米技术》中，斯坦福大学的科学家展示了一种显著减缓光线的新方法，很像一个容纳声音的回声室，可以随意引导声音
斯坦福大学材料科学与工程副教授珍妮弗·迪翁实验室的研究人员将超薄硅芯片构造成纳米级的条形，以共振方式捕获光线，然后释放或重定向光线
这些“高品质因数”或“高品质”谐振器可以带来操纵和使用光的新方法，包括量子计算、虚拟现实和增强现实的新应用；基于光的WiFi甚至像非典病毒的检测
该论文的主要作者、博士后马克·劳伦斯说:“我们基本上是想把光困在一个小盒子里，让光从不同的方向进出。”
“在一个有许多侧面的盒子里捕捉光线很容易，但如果侧面是透明的，就不那么容易了——许多硅基应用就是这种情况
" 制造和制造 在他们能够操纵光之前，需要制造谐振器，这带来了许多挑战
该设备的核心部件是一层非常薄的硅，它可以非常有效地捕捉光线，并且在近红外光谱中的吸收率很低，这是科学家们想要控制的光谱
硅放在透明材料(在这种情况下是蓝宝石)的晶片上，研究人员用电子显微镜“笔”将它们蚀刻成纳米天线图案
图案必须尽可能平滑地绘制，因为这些天线在回波室模拟中充当墙壁，而不完美会抑制光捕获能力
“高Q共振要求创造极其光滑的侧壁，不允许光泄漏出去，”迪翁内说，他也是研究平台/共享设施的高级副研究员
“对于更大的微米级结构来说，这可以相当常规地实现，但是对于散射光更大的纳米结构来说，这是非常具有挑战性的
" 图案设计在制造高品质纳米结构中起着关键作用
劳伦斯说:“在电脑上，我可以画出任何给定几何形状的超光滑线条和方块，但制作是有限的。”
“最终，我们必须找到一种既能提供良好的陷光性能，又在现有制造方法范围内的设计
" 高质量(因子)应用 对设计的修补已经产生了迪翁和劳伦斯所描述的具有大量实际应用的重要平台技术
这些设备展示了高达2500的所谓质量因子，比以前任何类似设备实现的质量因子高两个数量级(或100倍)
品质因数是描述共振行为的量度，在这种情况下，它与光的寿命成比例
“通过实现成千上万的质量因素，我们已经在一些非常激动人心的技术应用中处于一个很好的最佳位置，”迪翁说
例如，生物传感
单个生物分子非常小，基本上是看不见的
但是将光在分子上传递数百或数千次可以大大增加产生可检测的散射效应的机会
迪翁的实验室正致力于将这项技术应用于检测新冠肺炎抗原——引发免疫反应的分子——和抗体——免疫系统产生的蛋白质
“我们的技术会给出医生和临床医生习惯看到的光学读数，”迪翁说
“但是由于强的光分子相互作用，我们有机会检测到单一病毒或浓度非常低的多种抗体
“高品质纳米谐振器的设计还允许每个天线独立工作，同时检测不同类型的抗体
虽然这场流行病激发了她对病毒检测的兴趣，但迪翁也对这项新技术可能有所贡献的其他应用感到兴奋，如激光雷达——或光检测和测距，这是一种基于激光的距离测量技术，通常用于自动驾驶车辆。
“几年前，我无法想象这项工作将触及的巨大应用空间，”迪翁说
“对我来说，这个项目加强了基础研究的重要性——你不能总是预测基础科学将走向何方，或者它将导致什么，但它可以为未来的挑战提供关键的解决方案
" 这项创新在量子科学中也很有用
例如，分裂光子以产生纠缠光子，这些纠缠光子即使相距很远也能在量子水平上保持连接，这通常需要用昂贵的抛光晶体进行大型桌面光学实验
劳伦斯说:“如果我们能做到这一点，但使用我们的纳米结构来控制和塑造纠缠光，也许有一天我们会有一个纠缠发生器，你可以拿在手中。”
“根据我们的研究结果，我们很高兴看到现在可以实现的新科学，同时也在努力推进可能实现的极限
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