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紐約城市學院的研究小組發現了一種結合兩種不同物質狀態的新方法。這是第一次將拓撲光子-光與晶格振動（也稱為聲子）相結合，并且還可以穩健且可控的方式操縱它們的傳播。

這項研究利用拓撲光子學，這是光子學中的一個新興方向，它利用拓撲數學領域關于守恒量（拓撲不變量）的基本思想，在連續變形下改變幾何對象的部分時保持不變。此類不變量的最簡單示例之一是孔數，例如，從拓撲的角度來看，這使甜甜圈和馬克杯等效。拓撲特性賦予光子螺旋性，當光子在傳播時自旋，導致獨特和意想不到的特性，例如對缺陷的魯棒性和沿著拓撲不同材料之間界面的單向傳播。由于與晶體振動的相互作用，這些螺旋光子可用于引導紅外光 隨著振動。

頂部有一層六方氮化硼的拓撲不同的光子晶體（橙色和藍色）能夠耦合拓撲光和晶格振動，以形成手性半光半振動激發，可以沿一維通道以穩健的方式定向引導。

這項工作的影響廣泛，特別是允許研究人員推進用于確定分子振動模式的拉曼光譜。該研究還為振動光譜（也稱為紅外光譜）帶來了希望，它通過吸收、發射或反射來測量紅外輻射與物質的相互作用。然后可以利用它來研究、識別和表征化學物質。

“我們加上螺旋光子與晶格振動的六方氮化硼，創造一種新的混合物質被稱為聲子極化，”主要作者，物理學家與工程CCNY的樹叢學校隸屬關系Khanikaev，說：“它是半光半振動。由于紅外光和晶格振動與熱有關，我們創造了新的光和熱一起傳播的通道。通常，晶格振動很難控制，并引導它們繞過缺陷和尖角以前是不可能的。”

新方法還可以實現定向輻射傳熱，這是一種通過電磁波散發熱量的能量傳遞形式。

“我們可以為這種形式的混合光和物質激發創建任意形狀的通道，以便在我們創建的二維材料中進行引導，”Khanikaev 教授小組的博士后研究員、該論文的第一作者 Sriram Guddala 博士補充道：“這種方法還允許我們沿著這些通道向前或向后切換振動的傳播方向，只需通過切換入射激光束的偏振手性即可。有趣的是，隨著聲子極化子的傳播，振動也隨電旋轉。場。這是一種全新的引導和旋轉晶格振動的方法，這也使它們呈螺旋狀。”

這項研究題為“中紅外超表面中的拓撲聲子極化子漏斗”發表在《科學》雜志上。