光子-声子的突破：科学家发现结合两种不同物质状态的新方法

这项研究利用了拓扑光子学，这是光子学的一个新兴方向，它利用了拓扑学关于守恒量（拓扑不变量）的基本思想，这指的是在连续变形下改变几何物体的部分时保持不变。这种不变量的一个最简单的例子是洞的数量，例如，咖啡杯和甜甜圈对拓扑学数学家是一样的。拓扑特性赋予了光子以螺旋性，当光子在传播过程中旋转时，会导致独特和意想不到的特性，如对缺陷的鲁棒性和沿拓扑不同材料之间界面的单向传播。由于与晶体中的振动相互作用，这些螺旋状的光子随后可以被用来引导红外光与振动。

这项工作的影响是广泛的，特别是使研究人员能够推进拉曼光谱学，它被用来确定分子的振动模式。这项研究也为振动光谱学--也被称为红外光谱学--带来了希望，它通过吸收、发射或反射测量红外辐射与物质的相互作用。然后科学家可以利用这一点来研究和识别化学物质并确定其特征。

“我们将螺旋光子与六方氮化硼的晶格振动结合起来，创造了一种新的混合物质，被称为声子-极子，”主要作者、来自CCNY格罗夫工程学院的物理学家Alexander Khanikaev说。"它一半是光，一半是振动。由于红外光和晶格振动都与热有关，我们创造了新的渠道，让光和热一起传播。通常情况下，晶格振动是很难控制的，引导它们绕过缺陷和尖角以前是不可能的。"

新方法还可以实现定向辐射热传递，这是一种能量传递形式，期间热量通过电磁波散失。

Khanikaev教授小组的博士后研究员、该研究的第一作者Sriram Guddala博士补充说：“我们可以为这种形式的混合光和物质激发创造任意形状的通道，以便在我们创造的二维材料中沿途引导。这种方法还允许我们切换振动沿这些通道的传播方向，向前或向后，仅仅通过切换入射激光束的偏振手性。有趣的是，随着声子-极子的传播，振动也随着电场的旋转而旋转。这是一种完全新颖的引导和旋转晶格振动的方式，这也使它们成为螺旋状。”