新皮米光子波能在硅半导体内传播

科技日报北京11月17日电 （记者刘霞）美国研究人员发现了新的皮米尺度波，这种波可以在硅等半导体中传播。研究人员指出，在半导体材料中使用皮米光子波有望催生新的功能性光学器件，应用于量子技术领域，相关研究发表于最新一期《物理评论应用》杂志。

最新研究由普渡大学电气和计算机工程副教授祖宾·雅各布博士领导，他说：“微观这个词源于微米，1微米仅为一米的百万分之一。我们的最新研究是在比微米小得多的皮米范围内，1皮米相当于1米的一万亿分之一，在这样的尺度内，原子晶格的离散排列以惊人的方式改变了光的性质。”

从激光器到探测器，材料中的光—物质相互作用是许多光子器件的核心。在过去十年中，研究在光子晶体和超材料等工程结构内光如何在纳米尺度上流动的纳米光子学，已经取得重要进展，而最新发现利用了物质内原子反应量子理论的重大进展，有望催生皮米光子学。

但该领域长期存在的难题是原子晶格、其对称性及其在皮米尺度光场中所起作用之间缺少联系。为解决这个难题，理论团队开发了一个物质的麦克斯韦哈密顿框架，并与物质内光致响应的量子理论相结合。他们发现，原子晶格内出现了新的异常波，隐藏于传统的电磁波内，而且，这些光波即使在硅晶体的基本结构块（亚纳米长度尺度）内都是高度振荡的。

雅各布说：“最新研究与应用于纳米光子学的经典光流处理法迥然不同，光在材料中行为的量子性质是皮米光子学现象出现的关键。”

研究团队表示，这些有趣的发现表明，在原子层面，自然介质拥有丰富多样的光—物质相互作用现象。在半导体材料中使用皮米光子波有望促使研究人员设计出新的功能性光学器件，应用于量子技术领域。他们接下来计划将最新研究应用于大量量子和拓扑材料，并通过实验验证这些新波的存在。