新研究在时间维度重建双缝实验

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新研究在时间维度重建双缝实验

作者：Andrea Alù 来源：《自然—物理学》 发布时间：2023/4/7 9:48:33

1801 年英国科学家托马斯·杨开展了一项著名实验，发现穿过两个细缝的光会自行干涉，在后墙形成特征性的干涉条纹，这就是著名的双缝实验。这项实验及其后续的研究证明了光既具有波动性，又具有粒子特性（即光的波粒二象性）。

现在，物理学家在时间而非空间上重现了双缝实验——一面快速“开合”（光学性质改变）的镜子会对激光脉冲产生干涉，使其变色。这项 4 月 3 日发表在《自然-物理学》上的研究，为经典双缝实验增添了新观点。

美国纽约城市大学物理学家 Andrea Alù 表示，镜子光学性质的快速切换可能只需 1 飞秒，这表明某些材料的光学性质改变速度之快远超此前的想象。这为构建使用光而非电子脉冲处理信息的设备开辟了新路径。

英国伦敦帝国理工学院量子物理学家 Romain Tirole 和合作者制作了一个由金和玻璃层制成镜面，表面覆盖了一层氧化铟锡（ITO ，常用于智能手机屏幕的一种材料）薄膜。研究人员向镜面发射红外激光。

在一般条件下，ITO 在红外激光下是透明的。研究人员使用第二台激光仪发射约 200 飞秒的脉冲，使材料反射光，激发材料中的电子，从而改变其光学特性。

研究人员沿着反射光束放置了一个光传感器。当发射两个相隔几十飞秒的超短脉冲时，ITO 反射镜被快速“打开”两次，研究人员观测到两次反射光的波形随之改变——从一个简单的单色波变成了一个更复杂的波。

此外，就像经典双缝实验中如果光只通过一个狭缝照射，干涉图就会消失一样，在该实验中，如果反射镜只打开一次，干涉就会消失。

研究还表明，ITO 只需不到 10 飞秒就可以被激发，比理论上或之前的测量预期要快得多。

“我们的研究证明了 ITO 光学特性快速改变的可行性。这种快速切换应用于设备是能够可以及时反射信号。”Alù 说。

这已经是 ITO 研究中取得的巨大变化，但仅限在薄的表面上，因此，最大的挑战将是在更大体积的材料上实现这种效果。

（来源：中国科学报 许悦）

相关论文信息：　https://doi.org/10.1038/s41567-023-01993-w