各向异性腔中的陷光能够推动光电技术的发展

来自波兰、英国和俄罗斯的研究合作团队创建了一个二维系统，在其中捕获了光子。 该系统是一个充满液晶的薄光学腔，并通过外部电压进行了修改，该外部电压使光子在人造磁场的影响下像具有被称为“自旋”磁矩的块状准粒子一样运转。

实验方案：根据传播方向，圆偏振光（用红色和蓝色标记）穿过填充有液晶的腔体透射。 由华沙物理大学M. Krol提供。

研究人员用一种充当光学介质的液晶材料填充了空腔。在外部电压的影响下，这种介质的分子可以旋转并改变光程长度。因此，可以在空腔中产生驻波，当电场穿过分子时，驻波的能量是不同的，并且沿其轴的极化也不同，这种现象称为光学各向异性。在华沙大学进行的研究中，被捕获光子的行为类似于带有质量的准粒子。以前已经观察到这种准粒子，但是由于光不会对电场或磁场起反应，因此一直以来难以操纵。研究人员指出，在这种情况下，液晶的光学各向异性发生了变化：被捕获光子的行为就像在人工磁场中具有自旋的准粒子一样。电磁波的极化起着光在空腔中自旋的作用。

研究人员使用电子在凝聚态中的行为类比描述了该系统中光的行为。描述在腔中捕获的光子运动的方程类似于自旋电子的运动方程，这对实验起到了启发作用。研究人员发现，有可能建立一个完美模仿电子特性并出现许多令人惊讶的物理效应（例如光的拓扑状态）的光子系统。晶体中的电子彼此相互作用，并与晶格相互作用，从而形成了一个复杂的系统，由于引入了所谓的准粒子的概念，其描述成为可能。这些准粒子的性质，包括电荷、磁矩和质量，取决于晶体的对称性及其空间尺寸。物理学家可以创建尺寸较小的材料，发现充满奇异准粒子的“准宇宙”。这样的例子就是2D石墨烯中的无质量电子，其行为类似于无质量粒子，例如光子。与光学各向异性腔中的光俘获有关的新现象的发现可以实现新的光电设备，例如执行神经形态计算的光学神经网络。特别有希望创造一种独特的物质量子态，玻色-爱因斯坦凝聚态。这种冷凝物可用于量子计算和模拟，解决了现代计算机难以解决的问题。