近日，芬蘭阿爾托大學發布最新消息稱磁場可用于納米激光器的開閉，這一最新的研究成果刊登在專業期刊Nature Photonics上。基于物料學基礎的這一發現，為之后發展不受外部干擾的光信號鋪平了道路，從而顯著提升信號處理過程中的穩定性。

激光將光聚集成極其明亮的光束，這些光束可用于各種領域，例如寬帶通信和醫療診斷設備。大約在10年前，一種極小而高速的激光器——等離子納米激光器問世。這些納米激光器比傳統激光器更節能，并在許多領域都具有巨大優勢。例如，納米激光器提高了醫療診斷中生物傳感器的靈敏度。

■通過切換納米點陣列的磁化，打開（頂部）和關閉（底部）等離子體激光器。放大的插圖顯示了單個納米點周圍的磁場。（來源：阿爾托大學）

截至目前，無論是采用機械還是使用熱或光的方式，打開和關閉納米激光器仍然需要人為操作。現在，芬蘭的研究人員找到了一種可以遠程控制納米激光器的方法。“這里的新穎之處在于我們能夠用外部磁場控制激光信號。通過改變磁性納米結構周圍的磁場，實現激光器的開閉。”阿爾托大學Sebastiaan van Dijken教授說。

為了實現這一目標，研究團隊通過使用與傳統材料不同的材料來制造等離子體納米激光器。研究人員沒有用金或銀，而用的是在連續金箔和絕緣二氧化硅層上圖案化的磁性鈷鉑納米點。分析表明，只有當使用這種材料，并且納米點以周期陣列的形式排列，研究團隊才能獲得預期的效果。

■阿爾托大學Sebastiaan van Dijken教授，研究領域包括功能材料、納米技術、多鐵性、磁性、自旋電子學

光子學向極其穩健的信號處理邁進

研究團隊開發的新激光器控制機制，未來可能在利用光信號的設備中被證明是有價值的，但它對拓撲光子學新興領域的影響更加令人興奮。拓撲光子學旨在產生不受外部干擾的光信號。通過提供非常強大的信號處理，拓撲光子學將在許多領域得到應用。

van Dijken解釋說：“我們的想法是，創建特定的拓撲光學模式，這些模式具有某些特性，允許它們在傳輸過程中免受任何干擾。這意味著，如果設備存在缺陷或因為材料粗糙，光線也可以不受干擾地通過它們，因為它受到拓撲保護（魯棒性）。”

■阿爾托大學P?ivi T?rm?教授，研究領域包括多體量子物理研究，超冷氣體、納米科學、納米等離子體、納米技術、物理科學

目前，使用磁性材料創建受拓撲保護的光信號需要強磁場。研究表明，使用具有特定對稱性的納米顆粒陣列可以意外地放大磁性效應。研究人員認為，他們的新發現可以為新的納米級拓撲保護信號指明了方向。“通常情況下，磁性材料會導致光的吸收和偏振發生非常小的變化。在實驗中，我們在光學響應中產生了非常顯著的變化（高達20%）。這是以前從未見過的，”van Dijken說。

學院教授P?ivi T?rm?表示，這些結果能夠實現拓撲光子結構的巨大潛力，其中通過合適的納米粒子陣列幾何形狀進行磁化效應的擴增。這些發現是阿爾托大學應用物理系van Dijken教授領導的納米磁性和自旋電子學小組與T?rm?教授領導的量子動力學小組長期合作的結果。