光局域化在无缺陷的二十面体的准晶中存在已经在理论上给予了预测，却没有被实验所证实。在这里，报道了制造出亚微米的不导电的二十面体的准晶以及首次直接通过实验证实并观察到无缺陷的准晶中的内在的光局域化。这一结果是在可见光的波长范围内在不同的激光波长下于时间分辨率的测量条件下获得的。

ITMO大学的科学家们开展了一系列的实验来研究聚合物准晶，最终证实了他们一开始的设想。在不久的将来，采用准晶也许可以为设计新的激光器和传感器开辟了一扇新的大门。这一文章发表在期刊《Advanced Optical Materials》上。

晶体是一种周期性排列的固体结构，即当原子发生位移的时候，他们会取代其他原子的位置，后者是前者的转移。这一事实在科学上已经在20世纪的初期就被证实了。这一理论导致了现代固体物理的诞生和也同时帮助建立了半导体技术的发展。

ITMO大学的助理教授Mikhail Rybin

计算机，智能手机，LEd灯泡，激光——几乎所有我们不能想像的，如果我们今天的生活中没有这些会咋样，Mikhail Rybin说到，他是ITMO大学物理和工程学院的助理教授，这些物品的设计得益于我们理解了半导体材料的晶体结构的本质。周期结构的理论使得我们可以得出这样的结论，要使物质产生光，电子或者声音，只有两种办法。一种办法就是波长在晶体中的向前传播，或者它快速的在一种称之为带间隙的波长处消散。几乎不存在其他的选择和它非常容易的简化了当实施工程任务的时候粒子传统的规律。

然而，一些器件需要晶体不会传输波长和不会发生熄灭。但可以在一定时间内像光”陷阱“一样保持它本身也是必须的。

例如，对于激光或一些传感器的运行来说，波长必须多次穿透器件工作区域以促使它同活性物质元素之间的相互作用有效性，Mikhail Rybin解释说，这对创造这一“陷阱”来说是至关重要的，因为要保持在一个非常小的区域是非常困难的。这对现代物理来说是非常重要的技术上的挑战。

可以说，越大越好！

比较理想的，整个材料将会在“陷阱”的角色发生，这是因为更多的光被捕获，波长同活性介质之间的相互作用就会更加有效。然而，在是晶体的情形下，就几乎不可能了。正如前面所讨论的一样，它只会消散波长或使其通过。

文章中所展示的光“陷阱”的示意图

可以替代的，这里存在一个可能，就是局部光在非有序的结构中，例如 ，在粉末中， Mikhail Rybin解释到，然而我们并不能获得可以重复的这一系统。在一个样品中，粒子会以一定的方式排列，而在另外一些样品中，就会完全不一样。对于特定的任务，对同一器件的批量制造，你需要一些适合的事物。

这里同时存在第三种办法。我们可以使用材料的一种中间态，此时粒子并不形成周期性的晶格，正如在晶体中所发生的一样，但在同时具有数学意义上的严格排序。这些结构称之为准晶，他们是在1980年被发现的，并且从此以后开始被物理学家们开始进行研究。

由于在准晶中并不存在周期性，Mikhail Rybin说到，这样就不存在限制波长要么直接穿过而不损失或快速消散的问题。在2017年发表的一篇论文曾经预测了在准晶中光的局域化现象，而我们采用实验证实了这一结果。

Artem Sinelnik 正在实验室工作

在几乎40多年的关于研究准晶的过程中，物理学家们理解了准晶的结构和学习使用计算机模拟技术来模拟它。可问题就在于这一准晶在微观层面并不是比较容易合成的。

这就是当这一技术发展起来的时候来拯救我们，Artem Sinelnik说到，他是物理和工程系的一名博士生，在我们的研究部门内，有一套三维的纳米级别的打印装置，这一打印装置的体素（打印设备的最小的打印体积单元）大约为一个微米的一半，这一数量级是人体头发丝的百分之一还要小。在这一设备的帮助下，我们打印制造出在三维空间具有复杂材料分布特征的准晶结构。

Artem Sinelnik 在具有纳米打印精度的实验设备前

在打印制造出准晶之后，科学家们开始进行了他们的初步研究。他们采用电子显微镜分析了材料的表面质量。于是，他们进行光学测量来证实样品的内部容积确实具有准晶的结构。

在这之后，我们进行了实验，该项工作的合作者Artem Sinelnik解释说，一个短的脉冲输送给准晶，然后来测量一个称之为 余晖的量。正如所预期的一样，光的确在于我们的样品中存在延迟，即，波可以在内部保留一段较长的时间。于是，我们可以证实这一三维的聚合物准晶的确有能力来捕获光。

Mikhail Rybin 和 Artem Sinelnik

直到今天，该工作可以说仅仅是非常基本的。它显示了聚合物准晶的主要的光学性质，这一聚合物准晶是通过三维纳米打印来制备的，具有局域化光的能力。然而，正如作者所注意到的一样，这一研究在将来将会获得应用。

例如，通常一个激光器的设计是基于我们具有活性介质的事实的前提下，这一活性介质使得光通过足够充分的巨大的外部振荡器来实现局域化， Mikhail Rybin解释到，在这一工作中，我们的研究结果展示了准晶可以结合活性介质的功能同振荡器的功能结合在一个结构中的能力。

文章来源: “Experimental Observation of Intrinsic Light Localization in Photonic Icosahedral Quasicrystals” by Artem D. Sinelnik, Ivan I. Shishkin, Xiaochang Yu, Kirill B. Samusev, Pavel A. Belov, Mikhail F. Limonov, Pavel Ginzburg and Mikhail V. Rybin, 22 September 2020, Advanced Optical Materials. DOI: 10.1002/adom.202001170