重大突破！科学家发现光子与声子结合的新方法，推动拉曼光谱及红外光谱的研究

光子是一个能量包，它是量子力学的基础。声子是几个原子的集体振动，这两个概念在物理学中都非常重要。此外，光子理论是大多数现代物理学所依赖的基本理论。

近日，纽约城市学院的研究团队发现了一种将两种不同状态的物质结合起来的新方法。他们第一次将光子和声子相结合，并以稳健和可控的方式控制它们的传播。

该研究利用了拓扑光子学，这是光子学的一个新兴方向。它利用了数学拓扑领域关于守恒量的基本思想—拓扑不变量，即在连续变形下改变几何物体的部分时保持不变的守恒量。这种不变量的一个最简单的例子是洞的数量，例如，从拓扑的角度来看，这使得甜甜圈和马克杯等价。

拓扑性质赋予光子螺旋性，当光子在传播时自旋，会出现一些独特的性能。由于与晶体振动的相互作用，这些螺旋光子可以利用振动引导红外光。

这项研究的意义重大，特别是允许研究人员推进用于确定分子振动模式的拉曼光谱。该研究还为振动光谱（也称为红外光谱）带来了希望，它通过吸收、发射或反射来测量红外辐射与物质的相互作用。而且，还可利用它来研究、识别和表征化学物质。

研究的主要作者、CCNY格罗夫工程学院物理学家Alexander Khanikaev说：“我们将螺旋光子与六方氮化硼中的晶格振动耦合，创造了一种新的混合物质，称为声子—极化激元（phonon-polaritons）。它一半是光，一半是振动。由于红外光和晶格振动与热有关，我们创造了光和热一起传播的新通道。”

新方法还可以实现定向辐射传热，这是一种通过电磁波散发热量的能量传递形式。

该研究论文题为“Topological phonon-polariton funneling in midinfrared metasurfaces”，已发表在Science上。