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阿庆赌钱视频·发现旋转晶格中的“定光魔法”上海交大叶芳伟课题组《自然》发表新成果

作者:匿名

来源: 国际>>

2019-12-23 21:56:10

阿庆赌钱视频·发现旋转晶格中的“定光魔法”上海交大叶芳伟课题组《自然》发表新成果

阿庆赌钱视频,图说:这是一场烧脑却有趣的新闻发布会,物理学家把梳子和纱窗带进了现场。来源/新民晚报记者 孙中钦 摄

  两把梳子以不同角度重叠,明暗相接的新纹路出现了;两幅纱窗叠在一起,奇幻的纹路产生了……这是生活中莫尔条纹,如果留心观察,身边的艺术设计、纺织业、建筑学、图像处理、测量学和干涉仪等方面都有一些独特的应用。

  而这一次,物理学家的目光聚焦在微米级别的莫尔条纹世界,光波穿梭在变幻旋转的莫尔晶格之间,奇妙的事情发生了——本该到处扩散的光,被乖乖定住了!上海交通大学物理与天文学院叶芳伟课题组与陈险峰课题组合作,率先发现并揭示了一种新的波包局域机制:“基于莫尔晶格的极平带结构”,该研究于今天北京时间凌晨在线发表于国际顶尖期刊《自然》,该发现具有重要的物理意义和广泛的适用性。

   图说:用光印刻旋转的莫尔晶格,呈现出曼妙的图景,这也是微观世界中的物理之美。来源/研究团队供图(下同) 

“扭曲”的新世界

  人们常说:“一加一大于二”,莫尔条纹很好地证实了这句话。从石墨中单独取一层出来,就是大名鼎鼎的二维材料——石墨烯。研究石墨烯的科学家惊奇地发现,由两层石墨烯堆叠而成的莫尔结构在某个特定的转角下,魔幻般地呈现出超导性:电流在其中流动时完全没有损耗!这种超导性是单层石墨烯所完全不能想象的,莫尔晶格竟然会从根本上改变材料的性质!

  一石激起千层浪,人们接着研究了其他各种各样的莫尔结构,发现了莫尔晶格更多新奇独特的物理性质,甚至形成了一个专门的研究方向:twistronics(扭曲学)。然而,一个根本的科学问题——波在莫尔晶格中如何演化——却一直悬而未决。

  这一问题也吸引了叶芳伟课题组的关注。“各类波的演化强烈依赖于波所处的环境。如果环境是周期性的,那么波的本征存在形态是散开的;如果环境是随机的(即使微弱的随机),那么波就会集聚,形成安德森局域。”而叶教授团队希望解答,在摩尔晶格的世界里,控制光的“动”与“静”的“神奇之手”究竟是如何工作的。 基于一系列经典物理学理论,三年前叶芳伟团队从理论上推导出和预言了这种现象,但背后的物理机制仍需进一步解释,理论也待实验验证。

6000小时的追光实验

“实际上理论提出后,大家都希望进一步验证,但这并不是一项容易的工作,而我们经过两年的努力,率先解答。”叶教授坦言,理论与实验是推动物理学进步发展的“两条腿”,而此次“交替前行”的迈进,正是因为团队的“确信”。“我们坚信,基于经典的推导,理论的方向是正确的,所以实验一定能够证实。而反过来说,实验若能做出完全相反的新现象,那一定将迎来新的理论创新。这种确信是我们在经历困难的时候仍然不会放弃的原因。”

博士生王鹏承担了实验搭建的使命。黑暗中的那缕绿色激光陪伴着两年间的日日夜夜,终于,理论预言的一幕被实现了——当信号光束穿过5*20毫米的实验材料“通道”,穿梭过激光印刻出的莫尔晶格,不是若干个点,而是一个明确、清晰、干脆的点! 通过严格的理论分析并辅助以大量的数值模拟,团队发现,除了个别特殊离散角,莫尔晶格对应的准能带结构中各级能带都是极平带,因此光子在莫尔晶格里失去了动能,自然无法扩散。

图说:旋转的摩尔晶格成为控制光波动静的全新手段

这提供了一种对光控制的全新手段——它既不需要较强的折射率反差,也不需要特殊的结构设计,更不依赖于较强的激光功率,但同时它又具有高度的可调性——通过简单的莫尔转角的调节,光子可以自由地从“静止”转为“运动”,也可将其从“缓慢”的运动转为高速的“运动”,可谓动静皆宜,快慢自由。“它可以是多信道的,也可以加载声波或其他波,或许它将提供不同于光纤的新型传输方式。”展望未来,叶教授说,莫尔晶格为未来的光束控制、图像传输、信息处理提供了一种更加简单易行的手段,也为研究低功率下的非线性光学提供了一个易于执行的平台。此外,光子莫尔晶格的研究也为二维材料和冷原子系统中莫尔晶格的研究提供了极其有益的借鉴。

新民晚报记者 易蓉

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该研究成果以“localization and delocalization of light in photonic moiré lattices”为题在线发表于国际顶尖期刊《自然》。论文的第一作者是王鹏博士生和郑远林助理研究员。论文的合作者包括上海交通大学陈险峰教授、山西长治学院黄长明博士、 dr yaroslav kartashov(俄罗斯), prof lluis torner(西班牙)和 prof vladimir konotop(葡萄牙)。叶芳伟教授是论文的通讯作者,上海交通大学是论文的唯一通讯单位。

叶芳伟课题组长期研究微纳尺度上光和物质相互作用的新物理,探索光控的新途径。课题组感谢陈险峰教授课题组在实验上的合作,感谢国家和上海市自然科学基金委对课题组项目的资助,并感谢上海交通大学网络信息中心为本研究工作涉及的大量数值计算提供的云计算支持。

 
 
 
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