研究人员为2D光波创建可重写的光学组件

1884年，一位名叫埃德温·阿伯特(Edwin Abbott)的校长和神学家撰写了一部名为《平地》的中篇小说，讲述了一个由有感的二维形状构成的世界的故事。Flatland旨在讽刺严格的维多利亚式社会规范，但长期以来吸引着数学家和物理学家，并为许多思想实验提供了背景。

一个这样的思想实验：如何在二维上控制光?

当某种材料将光波限制在二维平面上时，它就变成了所谓的极化子 -一种使光与物质之间的区别变得模糊的粒子。极化子对光电路的未来具有令人兴奋的意义，因为与电子集成电路不同，集成光学器件很难用常用材料实现小型化。极化子可将光严格限制在纳米级，甚至可能限制在几个原子的厚度内。

挑战在于，我们当前必须控制光的所有方式(透镜，波导，棱镜)都是三维的。

哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)应用物理博士后研究员Michele Tamagnone说：“利用完全可重新编程的光路控制和限制光的能力对于未来高度集成的纳米光子器件至关重要。” 。

现在，Tamagnone和SEAS的一组研究人员开发了用于表面光波的可擦写光学组件。这项研究发表在《自然通讯》上。

2D镜头。图片来源：哈佛SEAS

在先前的研究中，由费德里科·卡帕索(Federico Capasso)，应用物理教授罗伯特·华莱士(Robert L. Wallace)和电气工程高级研究员维顿·海斯(Vinton Hayes)担任电气工程高级研究员的团队展示了一种通过捕获六方氮化硼薄片中的光来产生和控制极化子的技术。在这项研究中，研究人员将这些薄片放在称为GeSbTe(GST)的材料的表面上，该材料与可擦写CD和Blu-ray光盘的表面上使用的材料相同。

博士后研究员邢星辉说：“使用简单的激光脉冲可将GST的可重写特性用于记录，擦除和重写信息位。使用该原理，我们通过将透镜，棱镜和波导直接写入材料层来创建透镜，棱镜和波导。”在SEAS上，也是该研究的第一作者。

这种材料上的透镜和棱镜不是我们这个世界中的三维物体，而是二维形状，就像在Flatland中那样。Flatland-esc材料上的极化子代替半球形透镜，而是通过折射材料的平坦半圆充当透镜。极化子不是通过棱镜而是通过三角形，而是通过光纤而不是光纤，而是通过一条简单的线移动，该线沿着预定路径引导波。

使用一种称为近场显微镜的技术，该技术可以对远小于光波长的特征进行成像，研究人员能够在工作中看到这些成分。他们还首次证明可以擦除和重写他们创建的光学组件。

卡帕索说：“这项研究可能会为诸如单分子化学传感之类的应用开发出新的芯片，因为我们可擦写设备中的极化子对应于分子具有其独特的吸收指纹的光谱区域的频率，”