SPIE (左)所用石墨烯平台示意图
石墨烯被夹在两层六方氮化硼层之间，这些层被层叠在一个超栅层之上
(右)元门的结构
具有不同孔半径的元门之间的界面充当了限制某些形式的光的拓扑区域
信用:SPIE 光可以参与纳米级的特殊现象
探索这些现象可以打开复杂的应用程序，并为光波和其他材料之间的相互作用提供有用的见解
在最近的一项研究中，康奈尔大学的科学家提出了一种操纵和传输纳米级光的新方法
众所周知，这些特殊的光传输模式出现在略微不同的纳米材料之间的精细调整界面上
这项研究的首席研究员郑敏宇通过一个简单的类比说明了这个概念:“漂浮的管子中间有一个洞，但普通的气球没有
不管你如何挤压圆形气球，它都不能像油炸圈饼一样被重新成形——至少在没有戳破气球、重新编织橡胶和重新注入空气的情况下是这样
因此，管和气球在拓扑上是不同的，因为它们不是通过平滑变形连接的
" 容格进一步解释说，物理学家对并排粘合两种拓扑结构不同的材料很感兴趣，这样其中一种就像气球，另一种就像管子
这意味着，在它们的界面上，必须发生一个连接这两种材料的过程，就像从气球到管子的戳戳/弹出/重新编织/重新注射一样
在适当的条件下，这个过程可以产生一个强有力的通道，沿着界面传递能量或信息
因为这个过程可以应用到光(作为能量或信息的载体)，物理学的这个分支被称为拓扑光子学
荣格和他的团队将迷人的拓扑光子学概念与一种创新技术相结合，这种技术可以将光捕获在原子般薄的材料中
这种方法汇集了应用物理学和基础物理学中两个迅速出现的领域:石墨烯纳米光和拓扑光子学
荣格说，“石墨烯是存储和控制纳米级光的一个有前途的平台，可能是芯片上和超紧凑纳米光器件(如波导和空腔)发展的关键
" 研究小组进行了模拟，包括在纳米图案材料上层叠一层石墨烯片，用作元栅极
这种蜂巢状的元门由一层实心材料组成，材料上有不同大小的孔，中心位于六边形的顶点
这些孔半径的变化会影响光子穿过材料的方式
科学家们发现，战略性地将两个不同的元门“粘合”在一起会产生拓扑效应，以可预测、可控的方式将光子限制在它们的界面上
元门设计的不同选择展示了设备拓扑的维度层次
具体来说，根据元门几何形状，纳米光可以沿着拓扑界面的一维边缘流动，或者可以在拓扑上存储在零维(点状)顶点处
此外，元门允许这些波导或空腔的通断电切换
这种电池驱动的拓扑效应有利于拓扑光子学在实际器件中的技术应用
荣格的团队乐观地认为，石墨烯纳米光和拓扑光子学的协同结合将推动相关研究领域的进步，如光学、材料科学和固态物理
他们基于石墨烯的材料系统简单、高效，适合纳米光子应用:在充分利用光的潜力方面向前迈出了一步
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