光可以參與納米尺度的特殊現(xiàn)象。探索這些現(xiàn)象可以解鎖復(fù)雜的應(yīng)用程序，并為深入了解光波與其他材料之間的相互作用提供有用的見解。

在最近的一項(xiàng)研究中，康奈爾大學(xué)的科學(xué)家提出了一種新穎的方法，通過該方法可以操縱和傳輸納米級光。已知這些特殊的光傳輸模式會在稍微不同的納米材料之間的微調(diào)界面處產(chǎn)生。這項(xiàng)研究的首席研究員Minwoo Jung通過一個簡單的比喻說明了這一概念：“一個浮動管的中間有一個孔，但是普通的氣球卻沒有。無論您如何擠壓圓形氣球，都無法像至少在沒有彈出氣球，重新編織橡膠和重新注入空氣的情況下，它們是環(huán)形的。因此，管子和氣球的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是截然不同的，因?yàn)樗鼈儾皇峭ㄟ^平滑的變形連接在一起的。”

榮格進(jìn)一步解釋說，物理學(xué)家對將兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同的材料并排粘合起來很感興趣，以使它們中的一個像氣球一樣起作用，而另一種像管子一樣。這意味著必須在它們的界面處進(jìn)行連接這兩種材料的過程，就像從氣球向管中戳/彈出/重新編織/重新注入一樣。在適當(dāng)?shù)臈l件下，此過程可以為沿接口傳輸能量或信息提供強(qiáng)大的渠道。因?yàn)榇诉^程可以應(yīng)用于光(充當(dāng)能量或信息的載體)，所以物理學(xué)的這一分支稱為拓?fù)涔庾訉W(xué)。

Jung和他的團(tuán)隊(duì)將拓?fù)涔庾訉W(xué)的迷人概念與將光捕獲在原子薄材料中的創(chuàng)新技術(shù)相結(jié)合。這種方法將應(yīng)用物理學(xué)和基礎(chǔ)物理學(xué)兩個迅速出現(xiàn)的領(lǐng)域融合在一起：石墨烯納米光和拓?fù)涔庾訉W(xué)。榮格說：“石墨烯是用于存儲和控制納米級光的有前途的平臺，并且可能是片上和超緊湊型納米光子器件(例如波導(dǎo)和腔體)開發(fā)的關(guān)鍵。”

該研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了仿真，其中涉及石墨烯片，該石墨烯片位于納米圖案材料上，該材料用作金屬門。這種蜂窩狀的金屬柵由一層實(shí)心的材料組成，該材料具有以六邊形的頂點(diǎn)為中心的不同大小的孔。這些孔的半徑變化會影響光子穿過材料的方式?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，從戰(zhàn)略上將兩個不同的metagate“粘合”在一起會產(chǎn)生拓?fù)湫?yīng)，以可預(yù)測，可控制的方式將光子限制在其界面處。

Metagate設(shè)計的不同選擇說明了設(shè)備拓?fù)涞木S度層次。具體而言，根據(jù)metagate的幾何形狀，可以使納米光沿著拓?fù)浣缑娴囊痪S邊緣流動，或者可以拓?fù)浯鎯υ诹憔S(點(diǎn)狀)頂點(diǎn)上。而且，該級柵允許這些波導(dǎo)或腔的接通和關(guān)斷電切換。這種電池供電的拓?fù)湫?yīng)可以使拓?fù)涔庾訉W(xué)在實(shí)際設(shè)備中的技術(shù)應(yīng)用受益。

Jung的團(tuán)隊(duì)樂觀地認(rèn)為，石墨烯納米光與拓?fù)涔庾訉W(xué)的協(xié)同結(jié)合將推動光學(xué)，材料科學(xué)和固態(tài)物理學(xué)等相關(guān)研究領(lǐng)域的發(fā)展。他們的基于石墨烯的材料系統(tǒng)簡單，高效，并且適用于納米光子應(yīng)用：在充分利用光的潛力方面邁出了一步。