Nature子刊：科学家发现可调性新的半光半物质粒子——Dirac极化子

这种可视化显示了用于薄膜的石墨烯层。图片来源:曼彻斯特大学

科学家们已经发现了新的粒子，它们可能是未来基于光子电路的技术革命的核心，将导致超快、光基计算。

当前的计算技术基于用电子进行编码和传输信息的电子学。

由于一些基本的限制，如通过电阻加热造成的能量损失，预计电子最终将需要被光子取代，从而导致未来基于光的计算机比目前的电子计算机更快、更高效。

埃克塞特大学(University of Exeter)的物理学家们朝着这个目标迈出了重要的一步，因为他们发现了继承了石墨烯一些显著特征的新的半光半物质粒子。

这一发现为利用这些被称为无质量Dirac极化子的替代粒子来传输信息而不是电子的光子电路的发展打开了大门。

Dirac极化子出现在一种设计成具有纳米尺度的结构且比光波长小得多的超薄材料的蜂窝表面。

Dirac粒子的独特之处在于它们模仿了没有质量的相对论粒子，使得它们能够非常有效地传播。这一事实使石墨烯成为人们所熟知的最具导电性的材料之一。

然而，尽管它们具有非凡的性能，但很难控制它们。例如，在石墨烯中，不可能使用简单的电势来接通/断开电流，从而妨碍石墨烯在电子器件中的潜在应用。

埃克塞特大学的物理学家们以独特的方式成功地克服了这一根本问题——缺乏可调性。

该论文发表在《Nature Communications》杂志上，主要作者Charley - ray Mann解释道:“对于石墨烯来说，人们通常需要修改蜂窝晶格来改变其性质，比如通过拉伸蜂窝晶格来改变其性质，而要做到可控是极具挑战性的。”

“关键的区别在于，Dirac极化子是光和物质成分的混合物的混合粒子。正是这种混合性质为我们提供了一种独特的方法来调整它们的基本性质，只操纵它们的光成分，这是在石墨烯中不可能做到的。”

研究人员表明，通过在两个反射镜之间嵌入蜂窝元表面并改变它们之间的距离，可以以一种简单、可控和可逆的方式调整Dirac极化子的基本性质。

该研究的首席研究员Eros Mariani博士补充道：“我们的工作对光子学和Dirac极化子的研究领域有着至关重要的意义。”

我们已经证明了有减缓甚至停止Dirac极化子的能力，并在技术方面改变了它们的内部结构，手性，这在石墨烯中是不可能做到的。我们的工作成果将是沿着光子电路革命迈出的关键一步。