瑞典查尔默斯科技大学的研究人员发现了一种全新的方法，可以在纳米级捕捉、放大光，并将光与物质连接起来。他们使用一个由原子薄材料堆叠而成的小盒子，成功地创造了一种光和物质融为一体的反馈回路。这一发现最近发表在自然纳米技术这为纳米光子学的世界开辟了新的可能性。
光子学研究的是利用光的各种方法。光纤通信是光子学的一个例子，光探测器和太阳能电池背后的技术也是如此。当光子成分非常小，以至于用纳米来测量时，这被称为纳米光子学。为了在这种微小的形式中推动可能的边界，基础研究的进展是至关重要的。Chalmers研究人员的创新“灯箱”使光和物质之间的交替发生得如此迅速，以至于人们不再可能区分这两种状态。光和物质合二为一。
“我们创造了一种光和物质等量组成的混合物。这一概念为基础研究和应用纳米光子学打开了全新的大门，在这方面有大量的科学兴趣，”Chalmers物理系的研究员、这篇科学文章的作者之一Ruggero Verre说。
当Verre和他的部门同事Timur Shegai, Denis Baranov, Battulga Munkhbat和Mikael Käll以一种创新的方式结合两个不同的概念时，这个发现出现了。Mikael Käll的研究团队正在研究一种被称为纳米天线的东西，这种天线可以以最有效的方式捕捉和放大光线。Timur Shegai的团队正在研究一种被称为TMDC的原子薄二维材料，类似于石墨烯。通过将天线的概念与堆叠的二维材料相结合，创造了新的可能性。
研究人员使用了一种著名的TMDC材料——二硫化钨——但采用了一种新的方法。通过创造一个微小的共振箱——很像吉他上的音箱——他们能够使光和物质在里面相互作用。共振箱确保光被捕获并在材料内部以特定的“音调”反射，从而确保光能能有效地转移到TMDC材料的电子上并再次返回。可以说，当光能在盒子内被捕获和放大时，它在光波和物质这两种状态之间振荡。研究人员已经成功地将光和物质极其有效地结合在一个直径只有100纳米(即0.00001厘米)的单一粒子中。
这种一体化的解决方案是基础研究的一个意想不到的进展，但也有望有助于应用光子学中更紧凑和更经济的解决方案。
“我们已经成功地证明了堆叠的原子薄材料可以被纳米结构成微小的光学谐振器，这在光子学应用中是非常有趣的。由于这是一种使用材料的新方法，我们称之为“TMDC纳米光子学”。我确信这个研究领域有一个光明的未来，”Chalmers物理系副教授、文章作者之一Timur Shegai说。
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