壓縮「光」！科學家利用石墨烯將光擠壓到比其波長還小的空間中

在越來越有用的材料石墨烯的幫助下，科學家們設法將光限制在可能的最小空間——單個原子的大小。

如果光能被如此緊密地鎖住，它將為未來的電子、感測器和成像設備提供各種可能性，這可能會導致計算機晶元和激光感測器比我們今天使用的任何東西都要小得多。

實際應用還有些遙遠，但研究人員對他們的發現感到非常興奮，他們通過一項他們稱之為「原子尺度樂高」的實驗實現了這一點。

「石墨烯一直讓我們吃驚:沒有人認為把光限制在一個原子的極限是可能的，」來自西班牙光子科學研究所(ICFO)的首席研究員弗蘭克?科波爾斯(Frank Koppens)說。

「它將打開一套全新的應用程序，如光學通信和感測器，在一納米以下。」

一般來說，光不能聚焦在比自身波長更小的點上，即所謂的衍射極限。

科學家們已經試圖突破這個極限，利用納米金屬籠子來引導光子，但到目前為止，這些限制導致了太多的能量損失。

在這種情況下並非如此。研究人員使用了一堆被稱為異質結構的二維材料來構建一個新的納米光學裝置，並添加了一個石墨烯單層作為半金屬，因為它能以等離子體的形式引導光線。

這些等離子體是電子的振蕩，它們與光強烈地相互作用，因此可以用來引導它。在石墨烯上面，團隊將一個六邊形的氮化硼(hBN)單層作為絕緣體，然後是一系列金屬桿。

就像之前的許多重大科學發現一樣，這一發現純屬偶然。「一開始，我們正在尋找一種激發石墨烯等離子體的新方法，」該研究小組的成員之一，來自ICFO的David Alcaraz Iranzo說。

「在路上，我們發現監禁比以前更強，額外的損失最小。」所以我們決定去一個原子極限，結果令人驚訝。

當紅外光通過研究人員的裝置發出時，等離子體在金屬和石墨烯之間收集。研究小組一直在縮小這個空間，直到它只有一個原子的厚度——並且發現等離子體仍然在振動，並且仍然可以自由傳播。

等離子體的傳播可以通過開關一個電壓開關來控制，這證明了光在一個小於納米厚度的通道中是如何被操縱的。

為了使光學開關、感測器和檢測器有所不同，設備中的其他東西也需要縮小，但這項研究表明，光線可以被包含在最小的通道中。

開發基於光的晶體管的工作已經在進行中——小型的電子元件驅動著今天的小玩意——而這種新的發展打開了大幅減少和加快速度的可能性。

更進一步，製造商應該能夠將更多的晶體管放入相同的空間(提高性能)，或者將相同數量的晶體管放入一個較小的空間(縮小尺寸)，或者兩者混合。

無論你是想要一台超級快的筆記本電腦，還是你的下一個火車旅行，或者你的耳朵里有一台電腦，你都可以用石墨烯來感謝這些設備的出現。

石墨烯旗艦研究項目的安德里亞·c·法拉利(Andrea C. Ferrari)說:「達到了光限制的最終極限，可能會帶來前所未有的小尺寸的新設備。」他沒有直接參与這項研究。

這項研究發表在《科學》雜誌上。

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