AMOLF研究人员与代尔夫特理工大学合作，通过使包含光波的二维光子晶体变形，成功地使光波停止。研究人员表明，即使是微小的变形也会对晶体中的光子产生重大影响。这类似于磁场对电子的影响。

AMOLF小组负责人EwoldVerhagen表示：“这一原理提供了一种新方法来减慢光场速度，从而增强光场强度。在芯片上实现这一点对于许多应用来说尤其重要。”

研究人员已在《自然光子学》杂志上发表了他们的发现。与此同时，宾夕法尼亚州立大学的一个研究小组在同一期刊上发表了一篇文章，介绍了他们如何独立于荷兰团队证明了相同的效果。

在小尺度上操纵材料中的光流有利于纳米光子芯片的开发。对于电子来说，这种操纵可以通过磁场来实现;洛伦兹力引导电子的运动。然而，这对于光子来说是不可能的，因为它们不带电荷。

AMOLF光子力小组的研究人员正在寻找技术和材料，使他们能够向光子施加类似于磁场效应的力。

电子

“我们从电子在材料中的行为方式中寻找灵感。在导体中，电子原则上可以自由移动，但外部磁场可以阻止这种情况。磁场引起的圆周运动会停止传导，因此电子可以仅当它们具有非常特定的能量时，它们才存在于材料中。这些能级称为朗道能级，它们是磁场中电子的特征。”Verhagen说。

“但是，在二维材料石墨烯中——由排列在晶体中的单层碳原子组成——这些朗道能级也可能是由与磁场不同的机制引起的。一般来说，石墨烯是一种良好的电子导体，但是当晶体阵列变形时，例如像弹性体一样拉伸它，这种情况就会发生变化。

“这种机械变形会停止传导;材料变成绝缘体，因此电子被束缚在朗道能级上。因此，即使没有磁铁，石墨烯的变形对材料中的电子也有与磁场类似的影响。我们问如果类似的方法也适用于光子，我们自己就可以了。”

光子晶体

在与代尔夫特理工大学KobusKuipers的合作中，Verhagen团队确实在光子晶体中展示了类似的光效应。

“光子晶体通常由硅层中规则的二维孔图案组成。光可以在这种材料中自由移动，就像石墨烯中的电子一样，”成功完成博士学位论文答辩的第一作者雷内·巴尔奇克(RenéBarczyk)说道。2023年关于这个主题的论文。“以正确的方式打破这种规律将使阵列变形，从而锁定光子。这就是我们为光子创建朗道能级的方式。”

在朗道水平上，光波不再移动;它们不会流过晶体，而是静止不动。研究人员成功地证明了这一点，表明晶体阵列的变形对光子的影响与磁场对电子的影响类似。

Verhagen说：“通过研究变形模式，我们甚至设法在一种材料中建立各种类型的有效磁场。因此，光子可以穿过材料的某些部分，但不能穿过其他部分。因此，这些见解还提供了在芯片上控制光线的新方法。”

同步实验

Verhagen和他的团队的工作受到宾夕法尼亚州立大学和哥伦比亚大学研究人员理论预测的启发。费尔哈根回忆道：“当我们进行第一次测量时，我碰巧与另一项研究的作者之一交谈过。当发现他们也在寻找该效应的实验证据时，我们决定不再竞争第一名。”出版，而是同时将作品提交给出版商。”

虽然方法的一些细节有所不同，但两个团队都能够通过使二维光子晶体变形来阻止光波移动并观察朗道能级。

“这使得片上应用更加接近，”Verhagen说。“如果我们能够将光限制在纳米尺度并使其停止，那么它的强度将大大增强。而且不仅是在一个位置，而是在整个晶体表面。这种光集中在纳米光子器件中非常重要，因为开发高效激光器或量子光源的例子。”