科技日報南京11月16日電 （記者金鳳）記者16日從南京大學(xué)獲悉，該校固體微結(jié)構(gòu)物理全國重點實驗室陳延峰教授團隊與山東大學(xué)晶體材料全國重點實驗室于浩海教授團隊合作，在國際上首次實現(xiàn)電子、聲子和光子三種基本粒子的高效耦合，并首次發(fā)現(xiàn)“三位一體”新型準(zhǔn)粒子，這是中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的第二個聲子相關(guān)準(zhǔn)粒子。這一突破性進展為聲子耦合激光物理、自適應(yīng)非線性光學(xué)等前沿領(lǐng)域開辟了全新的研究方向。相關(guān)研究近日刊發(fā)于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·物理》。

電子、聲子和光子是晶體材料3種基本的能量載體。研究三者的激發(fā)態(tài)調(diào)控和耦合效應(yīng)，是發(fā)現(xiàn)晶體新規(guī)律、提升晶體新物性和開辟晶體新應(yīng)用的關(guān)鍵。但由于三者之間的能量或動量尺度存在巨大差異，提高其激發(fā)效率和耦合強度，實現(xiàn)高效精準(zhǔn)的晶格調(diào)控與功能拓展，一直是固體物理和晶體材料領(lǐng)域最為基礎(chǔ)性和極具挑戰(zhàn)性的難題。

論文通訊作者陳延峰介紹，此次團隊構(gòu)建了電子、聲子和光子的多重耦合物理模型，首次發(fā)現(xiàn)了三者共同耦合形成的激發(fā)態(tài)準(zhǔn)粒子。

“我們在聲子強耦合激光晶體中，優(yōu)選具有光學(xué)倍頻效應(yīng)的材料，通過強制諧振耦合成功實現(xiàn)了能量關(guān)聯(lián)和動量鎖定，從而突破了限制強耦合準(zhǔn)粒子產(chǎn)生的閾值?！闭撐墓餐谝蛔髡?、山東大學(xué)教授梁飛說。

基于這一創(chuàng)新思路，研究團隊進一步設(shè)計了功能集成的倍頻激光器件，并驗證了準(zhǔn)粒子激發(fā)導(dǎo)致的晶格調(diào)控和功能拓展。“這突破了非線性光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換中經(jīng)典的波矢匹配關(guān)系，開辟了自適應(yīng)非線性光學(xué)新方向，為激光和非線性光學(xué)材料及技術(shù)研究提供了新原理。”論文共同通訊作者于浩海說。

陳延峰認(rèn)為，這些結(jié)果不僅驗證了電子、聲子和光子三者強耦合的可行性，更牽引出新的物理效應(yīng)，對認(rèn)知固體世界的基本規(guī)律具有重要作用。這項突破在量子調(diào)控、光頻梳和太赫茲聲子學(xué)等相關(guān)領(lǐng)域也具有重要應(yīng)用價值。