南京大學固體微結構物理全國重點實驗室陳延峰教授團隊與山東大學晶體材料全國重點實驗室于浩海教授團隊合作，在國際上首次實現電子、聲子和光子三種基本粒子的高效耦合，并首次發現“三位一體”新型準粒子，這是中國科學家發現的第二個聲子相關準粒子。這一突破性進展為聲子耦合激光物理、自適應非線性光學等前沿領域開辟了全新的研究方向。相關研究近日刊發于國際學術期刊《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。研究三者的激發態調控和耦合效應，是發現晶體新規律、提升晶體新物性和開辟晶體新應用的關鍵。但由于三者之間的能量或動量尺度存在巨大差異，提高其激發效率和耦合強度，實現高效精準的晶格調控與功能拓展，一直是固體物理和晶體材料領域最為基礎性和極具挑戰性的難題。
論文通訊作者陳延峰介紹，此次團隊構建了電子、聲子和光子的多重耦合物理模型，首次發現了三者共同耦合形成的激發態準粒子。
“我們在聲子強耦合激光晶體中，優選具有光學倍頻效應的材料，通過強制諧振耦合成功實現了能量關聯和動量鎖定，從而突破了限制強耦合準粒子產生的閾值。”論文共同第一作者、山東大學教授梁飛說。
基于這一創新思路，研究團隊進一步設計了功能集成的倍頻激光器件，并驗證了準粒子激發導致的晶格調控和功能拓展。“這突破了非線性光學頻率轉換中經典的波矢匹配關系，開辟了自適應非線性光學新方向，為激光和非線性光學材料及技術研究提供了新原理。”論文共同通訊作者于浩海說。
陳延峰認為，這些結果不僅驗證了電子、聲子和光子三者強耦合的可行性，更牽引出新的物理效應，對認知固體世界的基本規律具有重要作用。這項突破在量子調控、光頻梳和太赫茲聲子學等相關領域也具有重要應用價值。
來源：科技日報
