全新光子晶體  奈米粒子實現超遠距離相互作用

編譯／高晟鈞

光子晶體是由週期性，不同折射率的介質製造的光學結構，可以在自然界中被發現。這種材料具有多種光子帶隙（光子無法傳播的頻率範圍），從而擁有阻斷特定頻率光子的能力。這種現象，對於電子行為的影響，類似於半導體晶體；因此，科學家可以通過光子晶體製造不同的器件來控制光子運動，例如：光子計算機。

西北大學的化學家於近期，設計出一種全新的光子晶體，其特性是在自然界中從未見過的。一般而言，在固體材料中，原子之間的間距必須相等，且足夠靠近才可以有效地被利用；而這項設計則突破了這種距離限制。

這種全新的光子晶體設計，是基於垂直面的堆疊而設計的。當兩個晶體堆疊的時候，奈米粒子可以在超過水平面上粒子間距的1000倍下，仍然可以相互作用，而這也顯示了其進行長距離通信的潛力。

研究人員首先將光子晶體圖案化，該光子晶體由二維奈米粒子組成，具有促進水平耦合（能量由一介質傳播到另一介質）分離的能力。然後將這些晶體堆疊在一起所形成的雙層或多層結構，具有單一層結構無法獲得的新光學特性。研究團隊通過將有機染料分子放置在堆疊結構中的一個奈米粒子旁，並透過光學激發，證明多層奈米晶體可以進行超長距離的相互作用。

這項發現將有助於創建新型生物醫學傳感器，記錄身體的變化，血液環境中化學物質的微小變化，會導致光在晶體周圍的彎曲產生變化，並通過相應的激光發射然後被讀取。

資料來源:Phys.org

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