香港文匯報訊(記者 莫楠)量子科技作為國家未來創新發展的重要戰略領域,香港積極參與其中,基礎科研屢獲新猷。香港大學校長張翔領導的研究團隊,聯合武漢大學、華南師範大學等校的專家,在一種名為CrSBr的天然磁性半導體中,首次在實驗中觀測到由材料內部磁序直接調控產生的「激子負折射」效應,並基於此原理成功研製出可集成在晶片上的微型激子超透鏡,建立了「利用磁序操控納米光」的全新技術範式,為新一代光學器件以及量子科技的開發奠定關鍵基礎,展現巨大產業應用前景。有關成果已於《自然·納米技術》期刊內發表。
想像一束光射入某種特殊材料後,並非筆直穿過,而是像遇到一面看不見的「反彈牆」,突然向反方向彎折。這種被稱為「負折射」的奇妙現象,是實現超解像成像(以觀察微觀細胞結構)和電磁波隱身等前沿應用的核心物理原理之一。
過去實現負折射主要依賴金屬納米結構或特定極性晶體兩類材料,不過,兩者均存在局限且難以動態調控。理論上,半導體中的「激子」共振,可形成特殊「雙曲」色散關係,為實現基於激子的負折射提供可能,但如何在實際材料中實現並精確調控,一直是科學界懸而未決的挑戰。
研究團隊選擇以CrSBr磁性半導體作為突破口,將CrSBr薄片與精密設計的片上納米光子迴路集成,通過光波導將光引導至材料邊界,直接捕獲到出射光與入射光位於法線同側的清晰圖像,獲得負折射的直接實驗證據。
團隊並進一步構建激子超透鏡原型器件,成功把發散光束匯聚至尺寸接近繞射極限的微小焦點,實現了納米級精密操控。
此外,器件的負折射與聚焦功能展現出鮮明的磁控開關特性,這種動態操縱光的能力,超越了傳統體系,為研發動態可重構的納米光子器件,提供了革命性新思路。
港大指,是項基礎突破所衍生的負折射超透鏡技術,是實現下一代超解像成像、納米光刻、高密度光存儲及集成光路系統和器件的關鍵,有助相關產業應用取得先進突破;而研究開闢的「光—磁量子介面」新路徑,亦是構成量子計算與量子通信的重要環節,有力支持戰略性量子科技的發展。

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