通過納米光子學實現對光的精密調控。這一新平臺不僅使光學器件更小、更高效，還首次實現了光學模式的動態切換（在不同光傳播狀態之間靈活轉變），解決了納米光子領域長期以來難以兼顧的兩大難題。據新一期《自然·光子學》雜志報道，美國麻省理工學院研究團隊利用層狀量子材料開發出了這一量子光學全新平臺。

  傳統納米光子學主要依賴硅、氮化硅或二氧化鈦等材料，構建波導、諧振腔和光子晶體等結構，以引導和限制光傳播。但這些材料存在兩大局限：首先是折射率受限，這是衡量材料與光相互作用強度的指標。傳統材料折射率較低，限制了光的強約束能力，也妨礙了器件的進一步微型化。其次，這些材料一旦加工成型，其光學性質就基本固定，無法在不改變物理結構的情況下重新配置其光響應特性。

  為破解這些難題，團隊引入了一種層狀量子材料——硫溴化鉻（CrSBr）。該材料兼具稀有的磁性有序性與強烈的光響應。團隊利用CrSBr的高折射率，僅用7層原子（約6納米厚）就構建出完整的光子晶體結構，尺寸相當于傳統材料的1/10左右。更重要的是，該材料對磁場高度敏感，僅需施加小幅磁場，就可持續、可逆地切換光在器件中的傳播模式，無須移動部件或改變溫度。

  此外，CrSBr內部還能自然形成極化激子，這是一種光與物質混合的準粒子狀態，具備傳統系統難以實現的非線性與量子光學特性。這種混合態可以帶來非線性增強、全新量子光傳輸機制等新奇效應。與傳統系統需要外部腔體才能實現極化激子不同，CrSBr本身就能天然支持這一狀態。

  目前實驗在132開爾文（-141℃）低溫下進行。盡管距離常溫應用尚有距離，但該材料已具備在量子模擬、非線性光學等高精尖領域應用的可行性。

原標題：量子材料平臺實現光學模式動態切換
記者：董梓童
責任編輯：劉佳
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