紐約城市學院的研究小組發(fā)現(xiàn)了一種結(jié)合兩種不同物質(zhì)狀態(tài)的新方法。這是第一次將拓撲光子-光與晶格振動（也稱為聲子）相結(jié)合，并且還可以穩(wěn)健且可控的方式操縱它們的傳播。

這項研究利用拓撲光子學，這是光子學中的一個新興方向，它利用拓撲數(shù)學領域關于守恒量（拓撲不變量）的基本思想，在連續(xù)變形下改變幾何對象的部分時保持不變。此類不變量的最簡單示例之一是孔數(shù)，例如，從拓撲的角度來看，這使甜甜圈和馬克杯等效。拓撲特性賦予光子螺旋性，當光子在傳播時自旋，導致獨特和意想不到的特性，例如對缺陷的魯棒性和沿著拓撲不同材料之間界面的單向傳播。由于與晶體振動的相互作用，這些螺旋光子可用于引導紅外光 隨著振動。

頂部有一層六方氮化硼的拓撲不同的光子晶體（橙色和藍色）能夠耦合拓撲光和晶格振動，以形成手性半光半振動激發(fā)，可以沿一維通道以穩(wěn)健的方式定向引導。

這項工作的影響廣泛，特別是允許研究人員推進用于確定分子振動模式的拉曼光譜。該研究還為振動光譜（也稱為紅外光譜）帶來了希望，它通過吸收、發(fā)射或反射來測量紅外輻射與物質(zhì)的相互作用。然后可以利用它來研究、識別和表征化學物質(zhì)。

“我們加上螺旋光子與晶格振動的六方氮化硼，創(chuàng)造一種新的混合物質(zhì)被稱為聲子極化，”主要作者，物理學家與工程CCNY的樹叢學校隸屬關系Khanikaev，說：“它是半光半振動。由于紅外光和晶格振動與熱有關，我們創(chuàng)造了新的光和熱一起傳播的通道。通常，晶格振動很難控制，并引導它們繞過缺陷和尖角以前是不可能的?！?/p>

新方法還可以實現(xiàn)定向輻射傳熱，這是一種通過電磁波散發(fā)熱量的能量傳遞形式。

“我們可以為這種形式的混合光和物質(zhì)激發(fā)創(chuàng)建任意形狀的通道，以便在我們創(chuàng)建的二維材料中進行引導，”Khanikaev 教授小組的博士后研究員、該論文的第一作者 Sriram Guddala 博士補充道：“這種方法還允許我們沿著這些通道向前或向后切換振動的傳播方向，只需通過切換入射激光束的偏振手性即可。有趣的是，隨著聲子極化子的傳播，振動也隨電旋轉(zhuǎn)。場。這是一種全新的引導和旋轉(zhuǎn)晶格振動的方法，這也使它們呈螺旋狀。”

這項研究題為“中紅外超表面中的拓撲聲子極化子漏斗”發(fā)表在《科學》雜志上。