2020年7月28日消息,，馬克斯·普朗克量子光學(xué)研究所(MPQ)的物理學(xué)家們成功地制造出了僅由約200個(gè)原子的單分子層形成的光學(xué)鏡子——它是世界上最輕的反射鏡面。

這種新型的超異材料是由一個(gè)只有幾百個(gè)相同原子的單層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的,。原子排列在由干涉激光束形成的二維光學(xué)晶格陣列中,。

該研究結(jié)果是在原子有序亞波長量子光學(xué)這一最近才出現(xiàn)的新領(lǐng)域中首次進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)觀察。到目前為止,，這款鏡子是獨(dú)一無二的,！研究結(jié)果發(fā)表在2020年7月15日的《自然》（Nature）雜志上。

通常,，鏡子利用高度拋光的金屬表面或特殊涂層的光學(xué)鏡片,，以提供更輕質(zhì)的性能。但MPQ的物理學(xué)家們現(xiàn)在首次證明,，即使是由幾百個(gè)原子組成的單一結(jié)構(gòu)層也能形成一面光學(xué)鏡子,，使之成為人們所能想到的最輕的一面鏡子。這種新鏡子只有幾十納米薄,，比人類頭發(fā)絲的寬度還要薄1000倍,。然而，它的反射是如此強(qiáng)烈,，甚至可以被人類的眼睛觀察到,。

超材料有何特別之處？

這種鏡子用二維排列的相同原子來工作,。它們以一種規(guī)則的模式排列,，間距小于原子的光學(xué)躍遷波長——這是超材料的典型和必要的特征。

超材料是人工設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu),，具有非常特殊的性質(zhì),，而這些性質(zhì)在自然環(huán)境中很少被發(fā)現(xiàn)。它們的特性不是由它們所使用的材料獲得的,，而是由它們被設(shè)計(jì)的特定結(jié)構(gòu)獲得的,。

這種新型光學(xué)鏡的特性——規(guī)則圖案和亞波長間距（subwavelength spacing）——以及它們之間的相互作用是其背后的兩個(gè)關(guān)鍵原理。首先,，規(guī)則的圖案和原子的亞波長間距都抑制了光的漫射散射,，將反射束成單向穩(wěn)定的光束。其次,，由于原子之間的距離相對較近且離散,，入射光子在被反射之前可以在原子之間多次來回反彈。在這兩種效應(yīng)的結(jié)合下,，光的被抑制散射和光子的反彈,，導(dǎo)致了“對外部場的增強(qiáng)合作響應(yīng)”,，在這種情況下意味著——它可以產(chǎn)生非常強(qiáng)烈的反射。

它有超過一千個(gè)光學(xué)元件,，重約兩噸

直徑約7微米的鏡子本身非常小,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了視覺識(shí)別范圍。然而,，制造這種裝置的裝置是巨大的,。與其他量子光學(xué)實(shí)驗(yàn)完全一樣，它有超過一千個(gè)光學(xué)元件,，重約兩噸,。這種新穎的材料也許不會(huì)影響人們?nèi)粘Ｊ褂玫哪切┏Ｒ?guī)意義上的鏡子，但它在另一方面的科學(xué)影響卻可能是非常深遠(yuǎn)的：

“結(jié)果讓我們非常興奮,。在典型的稀疏整體合奏中,，在我們的系統(tǒng)中起重要作用的原子之間的光子介導(dǎo)的相關(guān)性在傳統(tǒng)量子光學(xué)理論中通常被忽略,。另一方面,，將超低溫原子加載到光學(xué)晶格中所形成的有序原子陣列，主要用于研究凝聚態(tài)模型的量子模擬,。但現(xiàn)在它也變成了一個(gè)研究新的量子光學(xué)現(xiàn)象的強(qiáng)大平臺(tái),。”該論文的第一作者,、博士后研究員Jun Rui解釋說,。

沿著這條線索進(jìn)行進(jìn)一步的研究，可以加深對光與物質(zhì)相互作用的量子理論的基本理解,，利用光子的多體物理,，并使更高效的量子器件的工程成為可能。

“許多新的令人興奮的機(jī)會(huì)已經(jīng)被打開,，例如一個(gè)有趣的方法來研究量子光學(xué)力學(xué),，這是一個(gè)不斷增長的領(lǐng)域，并有助于研究機(jī)械設(shè)備中光的量子性質(zhì),?；蛘撸覀兊墓ぷ饕部梢詭椭鷦?chuàng)造更好的量子記憶,，甚至是建立一個(gè)量子可切換光學(xué)鏡子,。”博士研究員和論文第二作者David Wei表示,?！斑@對量子信息處理來說無疑是非常有趣的進(jìn)步?！?/p>

關(guān)于光學(xué)鏡頭

光學(xué)鏡頭是機(jī)器視覺系統(tǒng)中必不可少的部件,，直接影響成像質(zhì)量的優(yōu)劣,，影響算法的實(shí)現(xiàn)和效果。

文章來源： 前瞻網(wǎng)