納米光操縱：爲量子和熱管理帶來新奇突破

明尼蘇達大學雙城分校的研究人員最近領導的一項研究爲深入瞭解材料中光、電子和晶體振動如何相互作用提供了基礎見解。該研究對於開發用於量子信息處理的芯片架構意義重大，能大幅降低製造方面的限制以及熱管理的難度。

所謂“平面雙曲極化激元”的研究領域是個新領域，僅有短短几年的歷史。發表在《自然通訊》上的這篇研究論文概述了該領域的現狀，探討了進一步探索的潛在途徑，並強調了未來的機會。

極化激元指的是由光（光子）和物質（激子、聲子、等離激元）相互作用產生的混合粒子。雙曲指的是特定的色散，它描述了在這類材料中極化激元波長隨入射頻率（能量）的變化情況，從而能夠實現光在特定方向上的操縱。綜合這兩個因素，研究人員正在研究如何在明確的方向上操縱光。

燈泡可以作爲這個理論的一個簡單例子。當您打開開關後，燈泡發出的光具有寬泛的波長範圍，向四面八方分散，因爲空間在各個方向具有相同的性質。但是，有某些材料可以在二維空間中操縱光，在這個例子裡，一旦您打開開關，燈泡就會像激光那樣沿着一個清晰明確的方向發光。

“通過操縱雙曲線極化激元的特性，我們有望在各個行業開拓新的應用並取得進步，例如用於緊湊型量子計算機的極化激元量子比特（量子信息的基本單位），”該研究的資深作者、明尼蘇達大學電氣與計算機工程系的保羅·帕爾姆伯格教授託尼·洛表示。

“這項研究的其他潛在應用可能是改善特定設備（如晶體管）中的熱管理，”該研究的資深作者、範德比爾特大學教授約書亞·考德威爾（Joshua Caldwell）說道。

研究團隊對物理現象提出了見解，包括操縱雙曲線極化激元的相關技術。

除了 Low 和 Caldwell，研究團隊還包括王宏偉（明尼蘇達大學雙城分校）、安舒曼·庫馬爾（印度理工學院孟買分校）、戴思源（奧本大學）、林曉（浙江大學）、祖賓·雅各布（普渡大學）、桑-許恩·吳（Sang-Hyun Oh）（明尼蘇達大學雙城分校）、維諾德·梅農（紐約大學）、葉夫根尼·納裡馬諾夫（普渡大學）和金英德（慶熙大學）、王建平（明尼蘇達大學雙城分校）、菲登·阿沃里斯（明尼蘇達大學雙城分校）和路易斯·馬丁·莫雷諾（薩拉戈薩大學）。