众所周知，光速很快。它的速度对于快速的信息交换至关重要，但是当光穿过材料时，它与原子和分子发生相互作用和激发的机会就非常小。如果科学家能够对轻粒子或光子刹车，它将为许多新技术应用打开大门中国建材网cnprofit.com。

现在，在8月17日发表于《自然纳米技术》上的一篇论文中，斯坦福大学的科学家们演示了一种新的方法，可以显着地减慢光的速度，就像将回声室固定在声音上并随意引导它一样。

斯坦福大学材料科学与工程学副教授詹妮弗·迪昂（Jennifer Dionne）实验室的研究人员将超薄硅芯片结构化成纳米棒，以共振地捕获光，然后释放或重定向。

这些“高品质因数”或“高Q”谐振器可能导致操纵和使用光的新颖方法，包括量子计算，虚拟现实和增强现实的新应用。轻型WiFi；甚至可以检测出SARS-CoV-2等病毒。

博士后研究员马克·劳伦斯（Mark Lawrence）说：“我们本质上是在试图将光捕获在一个很小的盒子里，该盒子仍然允许光从许多不同方向进出。” “在一个有很多侧面的盒子中捕获光线很容易，但是如果侧面是透明的，就不那么容易了-就像许多基于硅的应用程序一样。”

制造与制造

在它们能够操纵光之前，需要制造谐振器，这带来了许多挑战。

该设备的核心组件是一层极薄的硅，可以非常有效地捕获光，并且在近红外（科学家想要控制的光谱）范围内具有较低的吸收率。

硅位于透明材料（在本例中为蓝宝石）晶片的顶部，研究人员将电子显微镜“笔”引导到该晶片中以蚀刻其纳米天线图案。该图案必须尽可能平滑地绘制，因为这些天线在回声腔室中充当壁，并且缺陷会阻碍光捕获能力。

研究平台/共享设施高级副教务长Dionne说：“高Q共振要求创建非常光滑的侧壁，不允许光泄漏出去。” “使用较大的微米级结构可以相当常规地实现这一点，但是对于散射更多光的纳米结构而言，这是非常具有挑战性的。”

图案设计在创建高Q纳米结构中起关键作用。劳伦斯说：“在计算机上，我可以画出任何给定几何形状的超平滑线和块，但是制造受到限制。” “最终，我们必须找到一种能够提供良好的光捕获性能，但在现有制造方法范围内的设计。”

高质量（因子）应用

修改设计后，Dionne和Lawrence将其描述为具有众多实际应用的重要平台技术。

这些设备的所谓品质因数最高可达2500，比以前任何类似的设备高出两个数量级（或100倍）。品质因数是描述共振行为的量度，在这种情况下，它与光的寿命成正比。Dionne说：“通过达到成千上万的质量指标，我们已经在一些非常令人兴奋的技术应用中处于一个不错的位置。”

例如，生物传感。单个生物分子是如此之小，以至于基本上是不可见的。但是，使光通过一个分子数百或数千次可以大大增加产生可检测的散射效果的机会。

Dionne的实验室正在努力将该技术应用于检测COVID-19抗原（触发免疫反应的分子）和抗体（由免疫系统产生的蛋白质）。狄昂说：“我们的技术可以像医生和临床医生所看到的那样进行光学读出。” “但是由于强的光分子相互作用，我们有机会检测出一种病毒或很低浓度的多种抗体。” 高Q纳米谐振器的设计还允许每个天线独立运行，以同时检测不同类型的抗体。

尽管大流行激发了她对病毒检测的兴趣，但Dionne也对其他应用感到兴奋，例如LIDAR或光检测和测距，这是自动驾驶车辆中经常使用的基于激光的测距技术，这项新技术可以做出贡献。Dionne说：“几年前，我无法想象这项工作会涉及到的巨大应用程序空间。” 

“对我来说，该项目加强了基础研究的重要性-您不能总是预测基础科学的发展方向或发展方向，但是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可能有用。例如，分裂光子以产生纠缠的光子，即使它们相距很远，它们也仍保持在量子水平上连接，这通常需要使用大型昂贵的精密抛光晶体进行大型桌面光学实验。

劳伦斯说：“如果我们能够做到这一点，但使用我们的纳米结构来控制和塑造光线的缠结，也许有一天，我们将拥有一个可以握在手中的纠缠发生器。” “有了我们的结果，我们很高兴看到现在可以实现的新科学，同时也试图突破可能的极限。”

斯坦福大学的其他合著者包括研究生David Russell Barton III和Jefferson Dixon，研究助理Song Jung-Hwan Song，前研究科学家Jorik van de Groep和材料科学与工程教授Mark Brongersma。这项工作是由DOE-EFRC，“热力学极限的光子学”以及AFOSR资助的。任先生也是放射学的副教授，并且是吴仔神经科学研究所和Bio-X的成员。