納米“鏡廊”室溫下實現分子與光混合有助量子技術研發

　　 當一個分子發出閃光，發出的光子就不可能再返回。但據英國劍橋大學網站13日報道，該校研究人員設法把單個分子放在一種微小的光腔里，讓它發出的光子返回到分子中，在適當的時候再離開，讓能量在光和分子之間來回振蕩，形成一種分子和光的量子態強耦合。這一成果有助于開發量子技術，以及能控制物質物理和化學性質的新方法。相關研究發表于英國《自然》雜志。

　　 以往試圖混合分子和光的實驗非常復雜，通常在極低溫度下才能實現。而新方法能在室溫下產生這些“半發光”分子。研究人員用金納米粒子和金原子薄膜圍成微小的“廊道”，把亞甲基藍染料分子放在里面。金原子薄膜就像鏡子，圍成的直徑約1納米“鏡廊”，成為捕獲光的光腔。負責這項研究的劍橋大學卡文迪許實驗室納米光子學中心教授杰里米·鮑姆伯格說：“雖然比一根頭發還細幾十萬倍，但對一個分子來說，它就像一個‘鏡廊’。”

　　 為了實現分子與光混合，還要讓染料分子在‘鏡廊’中保持直立姿勢。研究論文第一作者羅希特·奇卡拉第說，一般分子會平躺在金膜上，很難讓它們“站”起來。他們把染料分子裝入一種叫做“瓜環”的桶形分子籠中，使其保持直立后開始實驗。最終他們發現，分子散射光譜分裂成兩個分離的量子態，這是“混合”的特征標記，光譜間隔反應了光子在不到萬億分之一秒內又返回到分子中。

　　 奇卡拉第說，為了找到這種特征標記，他們花了幾個月時間來收集數據。研究的一個關鍵是證明了對單分子來說，即使在室溫條件和金屬有很強大光吸收作用的情況下，光與物質強混合仍可能實現。

　　 研究人員指出，分子和光之間這種不同尋常的相互作用，提供了控制物質物理和化學性質的新方法，有助于科學家處理量子信息，理解復雜光合作用過程的工作原理，甚至控制原子之間的化學鍵。