第一个在室温下工作的强光-物质相互作用拓扑量子模拟器设备

伦斯勒理工学院的研究人员制造了一种不比人的头发宽的设备，它将帮助物理学家研究物质和光的基本性质。他们的发现发表在《自然纳米技术》杂志上，也可能支持开发更高效的激光器，这些激光器用于从医学到制造业的各个领域。

该设备由一种称为光子拓扑绝缘体的特殊材料制成。光子拓扑绝缘体可以将光子（构成光的波状粒子）引导到材料内专门设计的界面，同时防止这些粒子散射通过材料本身

由于这种性质，拓扑绝缘体可以使许多光子像一个光子一样相干地起作用。这些设备还可以用作拓扑“量子模拟器”，研究人员可以在这里研究量子现象，即在非常小的尺度上控制物质的物理定律

“我们创造的光子拓扑绝缘体是独特的。它在室温下工作。这是一个重大进展。以前，人们只能使用在真空中超级冷却物质的大型昂贵设备来研究这种机制。许多研究实验室无法使用这种设备，因此我们的设备可以让更多的人在实验室进行这种基础物理研究，”RPI材料科学与工程系助理教授、该研究的高级作者魏宝说

鲍补充道：“这也是在开发运行所需能量较少的激光器方面迈出的有希望的一步，因为我们的室温设备阈值——使其工作所需的能量——比以前开发的低温设备低七倍。”

RPI的研究人员使用半导体行业中用于制造微芯片的相同技术创建了他们的新型设备，该技术包括将不同种类的材料逐原子、逐分子分层，以创建具有特定性能的所需结构

为了制造他们的设备，研究人员生长了卤化物钙钛矿的超薄板，这是一种由铯、铅和氯制成的晶体，并在其上蚀刻了一种带有图案的聚合物。他们将这些晶体板和聚合物夹在各种氧化物材料片之间，最终形成了一个厚度约为2微米、长度和宽度约为100微米的物体（人类头发的平均宽度为100微米）

当研究人员将激光照射在设备上时，在材料中设计的界面处出现了一个发光的三角形图案。这种模式由设备的设计决定，是激光器拓扑特性的结果

“能够在室温下研究量子现象是一个令人兴奋的前景。包教授的创新工作表明，材料工程可以帮助我们回答科学界的一些最大问题，”RPI工程学院院长谢哈尔·加德说