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科学家利用“独角鲸”波函数突破光的极限
光子学中长期存在的限制可能正在被新的光控制机制所取代。光子技术一直在努力以与电子技术相同的速度缩小尺寸。该限制来自基础物理学。不确定性原理关系到光对其波长的限制程度，在可见光和近红外范围内可以 [...]
来源:SciTech日报光子学中长期存在的限制可能正在被新的光控制机制所取代。
光子技术一直在努力以与电子技术相同的速度缩小尺寸。该限制来自基础物理学。不确定性原理与光对其波长的限制程度有关，在可见光和近红外范围内，光的波长可能比电路中使用的电子的德布罗意波长大一千倍。因此，光子芯片仍然相对较大，光学成像面临严格的分辨率限制。
等离激元曾经似乎提供了一种解决方案，即使用金属将光压缩到小于其波长的区域。然而，金属不可避免地会以热量的形式损失能量，这一缺点阻碍了高效、可扩展设备的发展。
理论新突破
2024年，中国北京大学马仁民领导的团队在《自然》杂志上报告了一项重大进展。他们开发了奇异色散方程，这是一个理论框架，解释了如何将光限制在无损介电材料中的极小尺度内。由于这种方法仅依赖于电介质，因此可以避免欧姆损耗，并为更紧凑、更节能的光子技术打开了大门。
在 eLight 上发表的一项后续研究中，研究人员表明，这种极端限制与一种称为独角鲸形波函数的新型电磁本征模式有关。这些模式结合了遵循幂律的强大局部增强和更广泛的指数衰减，使电磁场集中程度远远超出传统限制。
极限约束实验演示
结果与理论预测和完整的三维模拟紧密一致，达到了 5 × 10⁻⁷ λ³ 的极小模式体积。
研究结果表明，奇异色散方程产生独角鲸形状的波函数，这种不寻常的模式将光限制在无损电介质中的极端尺度。