倫斯勒理工學院（Rensselaer Polytechnic Institute）的研究人員開發了第一個在室溫下運行的強光-物質相互作用體系中的拓撲量子模擬器設備，徹底改變了量子研究和雷射效率，使先進的研究更容易獲得。

研究中開發的光子拓樸絕緣體效果圖。資料來源：倫斯勒理工學院

倫斯勒理工學院（Rensselaer Polytechnic Institute）的研究人員製造出了一種比頭髮還細的裝置，它將幫助物理學家研究物質和光的基本性質。他們的研究成果發表在《自然-奈米技術》（Nature Nanotechnology）雜誌上，也有助於開發更有效率的雷射器，這種雷射被廣泛應用於醫療和製造等領域。

該設備由一種名為光子拓撲絕緣體的特殊材料製成。光子拓樸絕緣體可以引導光子（構成光的波狀粒子）進入材料內部專門設計的介面，同時也能防止這些粒子透過材料本身散射。

由於這項特性，拓樸絕緣體可以使許多光子相干地像一個光子一樣行動。這些設備也可用作拓樸”量子模擬器”，即研究人員可以研究量子現象（在極小尺度上支配物質的物理定律）的微型實驗室。

“我們創造的光子拓撲絕緣體是獨一無二的。它能在室溫下工作。這是一個重大進步。以前，人們只能使用昂貴的大型設備在真空中對物質進行超冷卻，才能研究這種機制。許多研究實驗室都沒有這種設備，因此我們的設備可以讓更多人在實驗室裡從事這種基礎物理研究。 Wei Bao 說。

Bao補充說：”這也是在開發運行所需能量更少的雷射器方面邁出的充滿希望的一步，因為我們的室溫設備閾值（使其工作所需的能量）比以前開發的低溫設備低七倍。

RPI 的研究人員利用半導體產業用於製造微晶片的相同技術製造出了他們的新型設備，這種技術包括將不同種類的材料逐個原子、逐個分子地分層，以製造出具有特定性能的理想結構。

為了製造這種裝置，研究人員在金屬鹵化物過氧化物（一種由銫、鉛和氯組成的晶體）上生長出超薄板，並在上面蝕刻出帶有圖案的聚合物。他們將這些晶體板和聚合物夾在各種氧化物材料的薄片之間，最終形成了一個厚約2 微米、長寬均為100 微米的物體（人類頭髮的平均寬度為100 微米）。

當研究人員用雷射照射裝置時，在材料設計的介面上出現了一個發光的三角形圖案。這種圖案由裝置的設計決定，是雷射拓樸特性的結果。

「能夠在室溫下研究量子現像是一個令人興奮的前景。鮑教授的創新工作表明，材料工程學可以幫助我們回答一些科學上的重大問題，」RPI 工程學院院長Shekhar Garde 說。

編譯來源：ScitechDaily