2020年7月28日消息，馬克斯·普朗克量子光學研究所(MPQ)的物理學家們成功地制造出了僅由約200個原子的單分子層形成的光學鏡子——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只有幾百個相同原子的單層結構構成的。原子排列在由干涉激光束形成的二維光學晶格陣列中。

該研究結果是在原子有序亞波長量子光學這一最近才出現(xiàn)的新領域中首次進行的實驗觀察。到目前為止，這款鏡子是獨一無二的！研究結果發(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鏡片，以提供更輕質的性能。但MPQ的物理學家們現(xiàn)在首次證明，即使是由幾百個原子組成的單一結構層也能形成一面光學鏡子，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。

超材料是人工設計的結構，具有非常特殊的性質，而這些性質在自然環(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，而是由它們被設計的特定結構獲得的。

這種新型光學鏡的特性——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關鍵原理。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。在這兩種效應的結合下，光的被抑制散射和光子的反彈，導致了“對外部場的增強合作響應”，在這種情況下意味著——它可以產(chǎn)生非常強烈的反射。

它有超過一千個光學元件，重約兩噸

直徑約7微米的鏡子本身非常小，遠遠超出了視覺識別范圍。然而，制造這種裝置的裝置是巨大的。與其他量子光學實驗完全一樣，它有超過一千個光學元件，重約兩噸。這種新穎的材料也許不會影響人們?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影響卻可能是非常深遠的：

“結果讓我們非常興奮。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的相關性在傳統(tǒng)量子光學理論中通常被忽略。另一方面，將超低溫原子加載到光學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)在它也變成了一個研究新的量子光學現(xiàn)象的強大平臺?！痹撜撐牡牡谝蛔髡摺⒉┦亢笱芯繂TJun Rui解釋說。

沿著這條線索進行進一步的研究，可以加深對光與物質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會已經(jīng)被打開，例如一個有趣的方法來研究量子光學力學，這是一個不斷增長的領域，并有助于研究機械設備中光的量子性質?；蛘撸覀兊墓ぷ饕部梢詭椭鷦?chuàng)造更好的量子記憶，甚至是建立一個量子可切換光學鏡子?！辈┦垦芯繂T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步?！?/p>

關于光學鏡頭

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

文章來源： 前瞻網(wǎng)