明尼苏达大学双城分校研究人员最近领导的一项研究提供了有关光、电子和晶体振动如何在材料中相互作用的基本见解。这项研究对于开发用于量子信息处理的片上架构、显著减少制造限制和热管理具有重要意义。

研究所谓的“平面双曲极化子”的研究领域很新，仅存在几年。发表在《自然通讯》上的研究论文概述了该领域的现状，探讨了进一步探索的潜在途径，并强调了未来的机会。

极化子是指由光(光子)和物质(激子、声子、等离子体)相互作用产生的混合粒子。双曲色散是指描述极化子波长如何随此类材料中的入射频率(能量)变化的特定色散，这可以实现在特定方向上操纵光。通过结合这两个因素，研究人员正在研究如何在明确定义的方向上操纵光。

灯泡可以作为这一理论的一个简单例子。当你打开开关时，灯泡发出的光会向四面八方散射，因为空间在所有方向上都具有相同的属性。但有些材料可以在二维空间中操纵光，在这个例子中，一旦你打开开关，灯泡就会像激光一样沿着明确的方向发光。

“通过操纵双曲极化子的性质，我们可以探索出各个行业的新应用和新进步，比如用于紧凑型量子计算机的极化子量子比特(量子信息的基本单位)，”这项研究的资深作者、明尼苏达大学电气与计算机工程系保罗·帕尔姆伯格教授托尼·洛说道。

“这项研究的其他潜在应用可能是改善特定设备(如晶体管)的热管理，”该研究的资深作者、范德比尔特大学教授乔舒亚·考德威尔 (Joshua Caldwell) 说。

研究小组对物理现象提出了深刻见解，包括操纵双曲极化子的技术。