麻省理工开辟出光和物质相互作用的新领域

麻省理工的一项新研究可能开辟了一种基于发光类型的被认为是“禁止”的技术新领域，或者至少不太可能的，在实际操作中是遥不可及的。研究人员表示，这种新的方法，可能会导致某些类型的光与物质之间的相互作用，这通常需要数亿年的时间发生的现象，如今在某些特殊的条件下，一秒钟的十亿分之一的时间内就会代替发生。

基于理论上分析的这一结果，由麻省理工学院的博士生尼古拉斯·里维拉写作成论文发表在《科学》杂志上，物理学教授马林·梭拉瑞斯，乔安普勒斯物理学教授弗兰西斯·赖特戴维斯和博士后爱都·柯米纳和镇波。

光与物质之间的相互作用，通过量子电动力学的规律来描述，是一个范围广泛的技术基础包括激光器、发光二极管，和原子钟。但从理论的角度来看，“大多数光与物质的相互作用过程由于电子选择规则是‘禁止’的，这限制了我们获得能量水平之间转换的次数，” 梭拉瑞斯解释说。

例如，频谱图，是用来分析材料的元素组成，在黑色的背景下表现出一些明亮的线。明亮的线条代表元素原子特定的“允许”的能量水平的转变，并会伴随着光子的释放（光的一种粒子）。在黑色的区域，它弥补了大部分的光谱，在这些能量水平的光发射是“禁止的”。

在这项新的研究中，柯米纳说，利用原子厚度的二维材料限制的波，“我们从理论上证明，这些限制可以解除。我们发现一些在宇宙中通常需要几年的转变可以发生在纳秒。正因为如此，当原子附近放置一个二维材料时，图中许多的黑色区域会变亮”

原子中的电子具有离散的能级，当它们从一个能级跳到另一个能级时，它们发出一个光的光子，一个称为自发辐射的过程。但原子本身比得到发射的波长要小得多，约1 / 1000至1 / 10000，大幅度的削弱两者之间的相互作用。

实际上，其中的诀窍是，使光“收缩”，所以它更好地匹配原子的规模，正如研究人员在他们的研究表明的那样。使一系列相互作用的关键，特别是在原子态跃迁相关的发射或吸收的光，是一种叫做石墨烯二维材料的使用，使光可以作为等离子体的形式进行物质的相互作用，即是一种材料的电磁振荡。