Nature子刊最新研究表明，使用磁鐵來切換納米激光器可以帶來更好的光子學。

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Aalto大學的一項新研究表明，磁場可以用來開關(guan) 納米激光器。這一發現的物理學基礎為(wei) 光學信號的發展鋪平了道路，使其不會(hui) 受到外部幹擾，從(cong) 而在信號處理中實現了前所未有的魯棒性。

激光將光集中成非常明亮的光束，在很多領域都很有用，比如寬帶通信和醫療診斷設備。大約十年前，被稱為(wei) 等離子體(ti) 納米激光器的極小且快速的激光器被開發出來。這些納米激光器可能比傳(chuan) 統激光器更節能，而且它們(men) 在許多領域都具有巨大的優(you) 勢——例如，納米激光器提高了用於(yu) 醫療診斷的生物傳(chuan) 感器的靈敏度。

到目前為(wei) 止，開關(guan) 納米激光器需要直接操作，要麽(me) 機械操作，要麽(me) 利用熱和光。現在，研究人員已經找到了一種遠程控製納米激光的方法。

“這裏的新奇之處在於(yu) ，我們(men) 能夠通過外部磁場來控製激光信號。通過改變我們(men) 磁性納米結構周圍的磁場，我們(men) 可以打開和關(guan) 閉激光，” Aalto大學的Sebastiaan van Dijken教授說。

方形Co/Pt納米點陣列等離子體(ti) 激光的磁場控製。

該團隊通過使用不同於(yu) 普通材料的等離子體(ti) 納米激光器實現了這一目標。他們(men) 使用的不是通常的貴金屬，如金或銀，而是磁性鈷鉑納米點，這些納米點在一層連續的金和絕緣二氧化矽上形成圖案。他們(men) 的分析表明，納米點的材料和周期性排列都是產(chan) 生這種效應的必要條件。

光子學朝著非常穩健的信號處理方向發展

新的控製機製可能在一係列利用光信號的設備中被證明是有用的，但它對新興(xing) 拓撲光子學領域的影響更令人興(xing) 奮。拓撲光子學旨在產(chan) 生不受外部幹擾的光信號。通過提供非常健壯的信號處理，這將在許多領域得到應用。

van Dijken解釋說：“這一想法是，你可以創建特定的拓撲光學模式，這些模式具有某些特性，允許它們(men) 被傳(chuan) 輸並防止任何幹擾。”。“這意味著，如果設備存在缺陷，或者由於(yu) 材料粗糙，光線可以通過設備而不受幹擾，因為(wei) 它受到拓撲保護。”

方形Co/Pt納米點陣列的激光模式分析。

到目前為(wei) 止，使用磁性材料創建拓撲保護的光信號需要強磁場。這項新的研究表明，在這種情況下，磁性的影響可以使用一種特殊對稱的納米顆粒陣列意外地放大。研究人員相信他們(men) 的發現可以為(wei) 新的、納米級的、拓撲保護的信號指明方向。

“通常情況下，磁性材料會(hui) 導致光的吸收和偏振發生很小的變化。在這些實驗中，我們(men) 產(chan) 生了高達20%的光學響應的非常顯著的變化。這是以前從(cong) 未見過的，”van Dijken說。

學院教授P ivi T rm 補充說，“這些結果對於(yu) 實現拓撲光子結構具有巨大潛力，在拓撲光子結構中，通過選擇合適的納米顆粒陣列幾何結構可以放大磁化效應。"

方晶格Co/Pt納米點中的手性模式。

研究結果發表在《Nature Photonics》上。

這些發現是Aalto大學應用物理係van Dijken教授領導的納米磁性和自旋電子學小組與(yu) T rm 教授領導的量子動力學小組長期合作的結果。

矩形陣列Co/Pt納米點等離子體(ti) 激光的磁場控製。

來源：Nature Photonics, DOI:10.1038/s41566-021-00922-8