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【科学家开发出“特殊”表面来探索奇异的物理学】通过展示对开放式光学系统的卓越控制 ， 一个国际研究团队提供了一条通过实验测量和测试奇异现象的途径 ， 并以极高的灵敏度深入了解新物理学 。 通过展示对开放光学系统的卓越控制 ， 一个国际研究团队提供了一条途径 ， 可以通过实验测量和测试奇异现象 ， 并以极高的灵敏度深入了解新物理学 。 据《自然通讯》报道 ， 宾夕法尼亚州立大学、密歇根理工大学和维也纳理工大学的研究人员创造了一个稳定的“异常”点表面 ， 众所周知的具有特殊特性的挑剔奇点 ， 并用它来促进和观察光的完美吸收在一个连贯的手性系统中 。
当光以一个方向进入系统时 ， 该系统作为一个充满异常点的表面运行 ， 光被完全吸收 。 当从相反方向进入时 ， 吸收的光相对较少 。 “我们的工作为有趣的新物理学指明了道路 ， 在传感和激光方面具有超越传统栖息地的特殊点 ， 可以期待更多的见解 ， ”专家说 ， 利用特殊表面的独特特性 ， 可以更深入地了解物理过程恰好发生在特殊点时会发生什么 ， 从而为更好的传感器和控制光与物质相互作用的新方法带来潜在的应用 。
开放系统不断地将能量移入和移出 ， 改变它们的参数以及它们如何对周围环境中的移动变量做出反应 。 在这种变化的舞蹈中 ， 系统中任何光谱点的值都可以与另一个光谱点的值合并 ， 将它们拉到一起 ， 形成一个光谱奇点 ， 一个特殊的点 。 异常敏感的异常点可对任何带有强、可测量信号的干扰做出反应 。 根据专家的说法 ， 即使是最小的扰动也可以敲击异常点 ， 使其分离并变得不异常 。 “这种脆弱性的不利之处在于 ， 在不脱离奇点的情况下 ， 很难在异常点运行系统 ， 这对在实际应用中利用异常点提出了严峻挑战 ， ”专家解释说 ， 接近一个异常点会给系统带来噪音 。 “你可以让你的系统在一个巨大的空间中靠近这些点 ， 但你可能无法稳定系统足够长的时间来精确地研究那些异常点 。
那么 ， 如果那个空间中的每个点都是异常的呢？”根据他们早期发表在《物理评论快报》和《光学快报》上的理论建议 ， 研究人员在波导的一端放置了一面镜子 ， 这是一种鼓励光波遵循特定路径的结构 。 波导配备了一个微谐振器 ， 它支持以相同频率在顺时针和逆时针方向上传播光 。 研究人员将光耦合到谐振器 ， 使其频率达到异常点的频率 ， 然后以顺时针或逆时针方向将其发送到系统中 。 顺时针方向的光沿着锥形光纤导向器传播 ， 直到它遇到镜子并被反射到它来自的方向 。 逆时针方向的光没有遇到镜子 ， 所以它在分散之前穿过了系统一次 。 两端的探测器跟踪逃离系统的光 。
“理论上 ， 在特殊点或特殊表面上吸收的光将以平顶共振线形进行测量 ， ”专家说 。 线形是指测量光谱的形状 。 顺时针方向发送的光首先以特殊的点频率进入谐振器并被部分吸收 ， 其余部分继续进入镜子 。 反射光通过共振器返回 ， 与共振完全重叠并完全吸收 。 测量的光谱揭示了一个平方的洛伦兹线形 ， 以前理论上的平顶 。 以逆时针方向发送的光只通过谐振器一次 ， 因为它没有被反射 。 测量结果展示了系统的手性 ， 或不同的方向输入如何导致不同的行为 。 “我们在开放系统的特殊表面上看到了手性完美吸收 ， ”第一作者、工程科学和力学博士后研究员专家说 。 专家在 2021 年从宾夕法尼亚州立大学毕业之前完成了他对这个项目的博士研究 。 “镜子允许形成特殊的表面 ， 因为它以手性的方式将模式相互耦合 。 ”如果没有镜子 ， 当光顺时针或逆时针发送时 ， 系统的行为完全相同 。 镜子使系统具有手性：顺时针发出的一部分光被镜子反射后耦合到逆时针方向 ， 但逆时针发出的光不耦合到顺时针方向 。
“它是如此稳定和简单 ， ”专家说 。 “波导一端的一面镜子为我们提供了美丽的表面 ， 可以更轻松地研究特殊点的经典和量子动力学 。 ” 。
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