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Nat. Phys.：操纵光-物质相互作用的新方法
当两个物体相互碰撞时，它们的动能要么保持不变，要么损失或增加，这取决于它们的机械特性。相比之下，两个光子（电磁波）通常会直接穿过对方，尽管它们的相遇可能会通过干涉等波现象表现出来。然而，当它们在干涉时从有损结构中散射出来时，情况就大不相同了：在这种情况下，能量可以在它们之间传递，从而根据光子的相对振幅和相位完全传输或吸收能量。
众所周知，这种“相干波控制”可用于创造完美吸收等现象——即在波的能量完全耗散时对其进行破坏性干涉，并根据需要调整吸收量。
由物理学家兼工程师Andrea Alù领导的研究人员现已证明，他们可以创造出一种控制光子间能量交换的新形式。在这一过程中，他们利用超材料实现了电磁波机械碰撞的光子类似物，超材料的电磁特性可以发生突然而巨大的变化。通过这些变化，研究小组创建了一种被称为“时间界面”的结构。
Alù解释说：“当两个以相反方向传播的波在重叠时经历这样一个界面，它们就会经历极快的能量交换，就像物体相撞一样。两波的相对相位可以控制这种碰撞的性质，既可以保存能量，也可以耗散能量或放大能量。在这种形式的时间相干波控制中，从时间界面反射的波会与折射波发生破坏性干扰。在适当的条件下，这可以抵消一个甚至两个波。”
研究人员在思考是否有可能通过“投掷”另一种类似的波来抵消海啸或地震波等不想要的机械波，从而消除这种机械波后，萌生了开展新工作的想法。“虽然这种结果在传统的波物理学中是不可能实现的，但我们知道原则上时空超材料是可以实现的。”Alù实验室的博士后研究员、研究报告的第一作者Emanuele Galiffi说：“我们的实验让我们能够在电磁波中证明这一概念。”
这种机械碰撞的光子类似物也可以通过相互碰撞来塑造电磁脉冲。现在，研究人员已经在微波系统中演示了这种电磁波雕刻，他们正致力于通过使用高速石墨烯晶体管等器件代替时间接口，以在更高频率上实现这一目标。
对于这一成果，《自然》杂志表示：“如果这是时变光子学作为一个领域的开始，那么它可能成为下一代任意控制波传播的新技术，具有光明的前景。”
参考链接：[1]https://physicsworld.com/a/light-waves-made-to-collide-as-if-they-were-massive-objects/[2]https://www.techexplorist.com/possible-manipulate-photons-study/66905/[3]https://www.eurekalert.org/news-releases/998279[4]https://www.nature.com/articles/s41567-023-02170-9
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