哈佛大学约翰保尔森工程与应用科学学院的研究人员开发了一种新技术来将红外光压缩到超受限空间中，产生一种可用于检测单个生物分子的纳米级天线。

研究者利用了极化子的力量，这些粒子模糊了光和物质的区别。这种超负荷的光可以用来探测非常靠近极化子的物质。例如，许多有害物质，如甲醛，具有红外特征，可以通过这些天线放大。极化子的形状和大小也可以被调整，为智能红外探测器和生物传感器件的研究铺平道路。

纳米盘作为微谐振器，可以捕获红外光子并产生极化子。当用红外光照射时，光盘将光聚集在比标准光学材料小的体积小几千倍的体积内。在这样的高浓度下，极化子像玻璃中的水晃动一样振荡，根据入射光的频率改变它们的振荡

这项研究已经发表在《科学进展》杂志上。

“这项工作开辟了纳米光子学的一个新领域，”作为罗伯特华莱士应用物理学教授、电气工程高级研究员，Capasso教授这样说到。“通过将光与原子振动耦合，我们将光集中到比其波长小得多的纳米器件上，这为我们提供了一种探测和操纵分子的新工具。”

极化声子是一种混合量子力学粒子，由一个强耦合于二维原子中振动的光子组成。“我们的目标是利用光、物质、与工程极化声子的间的强相互作用把光聚焦在非常小的空间中，” 该论文的第一作者，海洋应用物理的博士后研究员，Tamagnone说。

研究人员制造的纳米盘最小为大约50纳米高，200纳米宽，由二维氮化硼晶体制成。这些材料充当微谐振器，捕获红外光子和产生极化子。当用红外光照射时，光盘能够以比玻璃等标准光学材料小数千倍的体积聚集光。

在如此高的浓度下，研究者们注意到了极化子的行为有点奇怪：它们像玻璃中的水晃动一样振荡，根据入射光的频率改变它们的振荡行为。

“如果你把杯子倒过来，杯子里的水就会朝一个方向摆动。如果你旋转杯子，杯子里的水就会在另一个方向上摆动。极化子以相似的方式进行振荡，纳米盘对光的作用就像杯子对水的一样。” Tamagnone说。

与传统的光学材料不同，这些氮化硼晶体的尺寸不受光波长的限制，这意味着杯子的大小不受限制。这些材料还具有非常微小的光学损耗，这意味着限制在光盘上的光在其沉降之前可以长时间振荡，使得内部的光线更加强烈。

研究人员通过放置两个彼此匹配的振荡光盘进一步将光集中集中，将光捕获在它们之间的50纳米的间隙中，并产生红外天线。当光集中在越来越小的体积上时，其强度越来越强，这时产生的光场非常强，它们可以对附近的粒子施加可测量的力。

哈佛大学纳米系统中心的首席科学家Ambrosio说：“这些光诱导力也作为我们的检测机制之一。通过超负荷光诱导原子连接到悬臂尖端的运动，我们可以观察到超负荷光的行为”

对于哈佛的研究团队未来的挑战是优化这些光纳米聚光器，以使其拥有足够高的强度，用以提升在单分子检测价值中的作用。

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