Nature子刊最新研究表明，使用磁铁来切换纳米激光器可以带来更好的光子学。

来源：CC0 Public Domain

Aalto大学的一项新研究表明，磁场可以用来开关纳米激光器。这一发现的物理学基础为光学信号的发展铺平了道路，使其不会受到外部干扰，从而在信号处理中实现了前所未有的鲁棒性。

激光将光集中成非常明亮的光束，在很多领域都很有用，比如宽带通信和医疗诊断设备。大约十年前，被称为等离子体纳米激光器的极小且快速的激光器被开发出来。这些纳米激光器可能比传统激光器更节能，而且它们在许多领域都具有巨大的优势——例如，纳米激光器提高了用于医疗诊断的生物传感器的灵敏度。

到目前为止，开关纳米激光器需要直接操作，要么机械操作，要么利用热和光。现在，研究人员已经找到了一种远程控制纳米激光的方法。

“这里的新奇之处在于，我们能够通过外部磁场来控制激光信号。通过改变我们磁性纳米结构周围的磁场，我们可以打开和关闭激光，” Aalto大学的Sebastiaan van Dijken教授说。

方形Co/Pt纳米点阵列等离子体激光的磁场控制。

该团队通过使用不同于普通材料的等离子体纳米激光器实现了这一目标。他们使用的不是通常的贵金属，如金或银，而是磁性钴铂纳米点，这些纳米点在一层连续的金和绝缘二氧化硅上形成图案。他们的分析表明，纳米点的材料和周期性排列都是产生这种效应的必要条件。

光子学朝着非常稳健的信号处理方向发展

新的控制机制可能在一系列利用光信号的设备中被证明是有用的，但它对新兴拓扑光子学领域的影响更令人兴奋。拓扑光子学旨在产生不受外部干扰的光信号。通过提供非常健壮的信号处理，这将在许多领域得到应用。

van Dijken解释说：“这一想法是，你可以创建特定的拓扑光学模式，这些模式具有某些特性，允许它们被传输并防止任何干扰。”。“这意味着，如果设备存在缺陷，或者由于材料粗糙，光线可以通过设备而不受干扰，因为它受到拓扑保护。”

方形Co/Pt纳米点阵列的激光模式分析。

到目前为止，使用磁性材料创建拓扑保护的光信号需要强磁场。这项新的研究表明，在这种情况下，磁性的影响可以使用一种特殊对称的纳米颗粒阵列意外地放大。研究人员相信他们的发现可以为新的、纳米级的、拓扑保护的信号指明方向。

“通常情况下，磁性材料会导致光的吸收和偏振发生很小的变化。在这些实验中，我们产生了高达20%的光学响应的非常显著的变化。这是以前从未见过的，”van Dijken说。

学院教授P ivi T rm 补充说，“这些结果对于实现拓扑光子结构具有巨大潜力，在拓扑光子结构中，通过选择合适的纳米颗粒阵列几何结构可以放大磁化效应。"

方晶格Co/Pt纳米点中的手性模式。

研究结果发表在《Nature Photonics》上。

这些发现是Aalto大学应用物理系van Dijken教授领导的纳米磁性和自旋电子学小组与T rm 教授领导的量子动力学小组长期合作的结果。

矩形阵列Co/Pt纳米点等离子体激光的磁场控制。

来源：Nature Photonics, DOI:10.1038/s41566-021-00922-8