伦斯勒理工学院的研究人员在室温下运行的强光-物质相互作用系统中开发出了第一个拓扑量子模拟器设备，彻底改变了量子研究和激光效率，并使高级研究变得更加容易。

研究中开发的光子拓扑绝缘体的渲染。资料来源：伦斯勒理工学院

伦斯勒理工学院的研究人员制造了一种比人类头发还细的装置，它将帮助物理学家研究物质和光的基本属性。他们的研究结果发表在《自然纳米技术》杂志《自然-纳米技术》 上，也有助于开发更高效的激光器，广泛应用于医学和制造等领域。

该器件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引导光子（构成光的波状粒子）进入材料内专门设计的界面，同时还可以防止这些粒子通过材料本身散射。

由于这一特性，拓扑绝缘体可以使许多光子像一个光子一样表现得一致。这些设备还可以用作拓扑“量子模拟器”，研究人员可以在微型实验室中研究量子现象——在极小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一无二的。它在室温下工作。这是一个重大改进。此前，这种机制只能通过使用大型、昂贵的设备在真空中过冷物质来研究。很多研究实验室没有这个设备，所以我们的设备可以让更多的人在实验室里做这种基础物理研究。 “RPI 材料科学与工程系助理教授、《自然- 纳米技术》 研究的资深作者Wei Bao 说。

Bao 补充道：“这也是朝着开发运行所需能量更少的激光器迈出的充满希望的一步，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。”次。 \'

RPI 研究人员使用半导体行业制造微芯片的相同技术构建了他们的新设备，其中包括将不同种类的材料逐个原子、逐个分子分层，以创建具有特定属性的理想结构。

为了制造该设备，研究人员生长了超薄金属卤化物过氧化物片（一种由铯、铅和氯制成的晶体），并在其上蚀刻了图案聚合物。他们将这些晶体板和聚合物夹在各种氧化物材料的薄片之间，形成了约2 微米厚、长和宽100 微米（人类头发的平均宽度为100 微米）的物体。

当研究人员用激光照射该设备时，材料设计的界面上出现了发光三角形的图案。该图案由设备的设计决定，并且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。鲍教授的创新工作表明材料工程可以帮助我们回答一些重大科学问题。”RPI 工程学院院长Shekhar Garde 说道。

编译来源：科技日报