研究人員證明有可能使交叉路徑上的光子相互作用，為技術突破鋪平道路。紐約市立大學研究生中心高級科學研究中心（CUNY ASRC）的一個研究小組證明，有可能操縱光子，使它們發生碰撞，並在路徑交叉時以新的方式相互作用。8月14日出版的《自然-物理》雜誌詳細介紹了這一發現，該發現將使開發電磁波傳播技術的科學家在電信、光學計算和能源應用方面取得重大進展。

紐約市立大學ASRC 的研究人員發現了一種操縱光子的方法，從而可以利用量身定制的超材料使光子發生碰撞和相互作用。這一突破將為電信、光學計算和能源應用帶來重大進展。(光子在時間界面上碰撞的示意圖）資料來源：紐約市立大學研究生中心高級科學研究中心Anna Umana

突破及其基礎這一突破發生在紐約市立大學研究生中心傑出教授、愛因斯坦物理學教授、紐約市立大學ASRC光子學計劃創始主任Andrea Alù的實驗室裡。它建立在最近另一項演示電磁波時間反射的實驗基礎之上。”我們的工作建立在一系列實驗的基礎上，這些實驗顯示了我們如何能夠創造出具有獨特性能的超材料，這些性能來自於其電磁特性的突然時間變化。這些變化使我們能夠以自然界中從未見過的方式操縱波的傳播，”Alù 解釋說。”這項最新工作表明，我們可以利用量身定制的超材料（稱為時間界面）中的突然時間變化，使波像大質量物體一樣發生碰撞。我們還能控制波在碰撞過程中是交換能量、獲得能量還是失去能量。”波與光子的碰撞通常情況下，當兩個電磁波相交時，它們會直接穿過對方，而不會發生相互作用。這與兩個大質量物體（如兩個球）相互碰撞時發生的情況截然不同。在後一種情況下，粒子發生碰撞，它們的機械特徵決定了能量在碰撞中是保留、損失還是增加。例如，當兩個台球相撞時，系統中的總能量是守恆的，而當兩個橡膠球相撞時，它們通常會在碰撞中損失能量。雖然光子在沒有任何相互作用的情況下會相互穿過，但通過觸發時間界面，科學家們能夠展示出強烈的光子-光子相互作用，並控制碰撞的性質。研究小組的工作靈感來自於這樣一種猜測，即是否有可能通過向海嘯或地震波投擲另一種類似的波來抵消它，從而消除不想要的機械波（如海嘯或地震波）。”雖然這種結果在傳統的波物理學中是不可能實現的，但我們知道原則上時空超材料是可以實現的，”阿盧實驗室的博士後、該研究的主要作者埃馬努埃萊-加里菲（Emanuele Galiffi）說。”我們的實驗讓我們能夠在電磁波中證明這一概念。”應用與未來工作科學家們還提出並演示了將他們的概念應用於通過相互碰撞來塑造電磁脈衝的方法。阿盧實驗室的博士後研究員、論文的共同第一作者徐根玉闡述道：”這項技術允許我們使用額外的信號作為模具，來雕刻我們感興趣的脈衝結構。我們已經在無線電頻率上證明了這一點，現在我們正努力在更高頻率上實現這種雕刻能力。”該團隊努力開發的方法可以決定傳播的電磁波如何相互作用和相互塑造，這將為無線通信、成像、計算和能量收集技術等領域的進步帶來益處。