曼彻斯特大学
由英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究所(NGI)和美国宾夕法尼亚州立工程学院的研究人员共同领导的一个国际团队开发了一种可调石墨烯平台，可以精细控制太赫兹(THz)光谱中光和物质之间的相互作用，以揭示被称为例外点的罕见现象
这一壮举可能有助于高速通信网络的超5G无线技术的发展
鸣谢:彼得罗·斯坦纳，曼彻斯特大学 由英国曼彻斯特大学国家石墨烯研究所(NGI)和美国宾夕法尼亚州立工程学院的研究人员共同领导的一个国际团队开发了一种可调石墨烯平台，可以精细控制太赫兹(THz)光谱中光和物质之间的相互作用，以揭示被称为例外点的罕见现象
该团队今天在《科学》杂志上发表了他们的成果
据研究人员称，这项工作可以推进光电技术，以更好地产生、控制和感知光，并有可能进行通信
他们展示了一种控制太赫兹波的方法，太赫兹波的频率介于微波和红外波之间
这一壮举可能有助于高速通信网络的“超5G”无线技术的发展
弱相互作用和强相互作用 光和物质可以耦合，在不同的层次上相互作用:微弱地，它们可能相互关联，但不会改变彼此的成分；或者强烈地，它们的相互作用可以从根本上改变系统
控制耦合如何从弱变强再变强的能力一直是发展光电设备的一个主要挑战——研究人员现在已经解决了这个挑战
“我们利用拓扑学的概念展示了一种新的光电设备——拓扑学是研究几何物体特性的数学分支，”通讯作者之一、曼彻斯特大学2D设备材料教授乔什昆·科卡巴斯说
“通过使用特殊的点奇点，我们表明拓扑概念可以用于设计光电设备，从而实现操纵太赫兹光的新方法
" Kocabas也隶属于总部位于曼彻斯特的亨利·莱斯高级材料研究所
例外点是光谱奇点——开放系统中任意两个光谱值结合的点
根据合著者ahin K .的说法，毫不奇怪，它们异常敏感，甚至对系统的最小变化都有反应，显示出好奇而又令人满意的特征
宾夕法尼亚州立大学工程科学和力学副教授zdemir说
“在一个特殊的点上，系统的能源格局发生了相当大的变化，导致维数减少和拓扑扭曲，”zdemir说，他也是宾夕法尼亚州立大学材料研究所的成员
“这反过来增强了系统对扰动的响应，改变了局部状态密度，导致自发发射率的提高，并导致过多的现象
对异常点的控制，以及在这些点上发生的物理过程，可能会导致更好的传感器、成像、激光等等的应用
" 平台组成 研究人员开发的平台由石墨烯基可调太赫兹谐振器组成，金箔栅电极形成底部反射镜
在它上面，一层石墨烯与电极装订在一起，形成了一个可调的顶部镜面
非挥发性离子液体电解质层位于反射镜之间，能够通过改变施加的电压来控制顶部反射镜的反射率
在设备的中间，镜子之间，是α乳糖分子，这是一种常见于牛奶中的糖
该系统由两个调节器控制
一种方法是举起下方的镜子来改变共振腔的长度，也就是调整共振的频率，将光与有机糖分子的集体振动模式结合起来，有机糖分子是系统中固定数量的振荡器
另一个调节器改变施加到顶部石墨烯镜的电压——改变石墨烯的反射属性，以转变能量损失不平衡，从而调整耦合强度
精细的微调将弱耦合的太赫兹光和有机分子转变成强耦合，反之亦然
“例外点与太赫兹光与集体分子振动的弱耦合和强耦合之间的交叉点相吻合，”zdemir说
他指出，这些奇点通常是在模拟模式或系统的耦合中研究和观察的，例如两个光学模式、电子模式或声学模式
“这项工作是一个罕见的案例，其中例外点被证明出现在具有不同物理起源的两种模式的耦合中，”科卡巴斯说
“由于例外点的拓扑结构，我们观察到了太赫兹光的幅度和相位的显著调制，这可以在下一代太赫兹通信中找到应用
" 太赫兹光谱中前所未有的相位调制 当研究人员施加电压并调整共振时，他们将系统驱动到一个特殊的点并超越它
在例外点之前、之时和之外，系统的几何性质(拓扑)发生变化
其中一种变化是相位调制，它描述了波在太赫兹场中传播和相互作用时的变化
研究人员说，控制太赫兹波的相位和振幅是一项技术挑战，但他们的平台展示了前所未有的相位调制水平
研究人员移动系统通过异常点，以及沿着异常点周围不同方向的环路，并测量它如何响应变化
根据测量点的系统拓扑结构，相位调制的范围可以从零到大四个数量级
第一作者M
说麦角
“只有通过电子控制系统的拓扑结构，我们才能实现这些巨大的调整
" 根据研究人员的说法，石墨烯平台实现的特殊点周围光物质相互作用的拓扑控制具有潜在的应用，从拓扑光电和量子设备到物理和化学过程的拓扑控制
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