近日，芬兰阿尔托大学发布最新消息称磁场可用于纳米激光器的开闭，这一最新的研究成果刊登在专业期刊Nature Photonics上。基于物料学基础的这一发现，为之后发展不受外部干扰的光信号铺平了道路，从而显著提升信号处理过程中的稳定性。

激光将光聚集成极其明亮的光束，这些光束可用于各种领域，例如宽带通信和医疗诊断设备。大约在10年前，一种极小而高速的激光器——等离子纳米激光器问世。这些纳米激光器比传统激光器更节能，并在许多领域都具有巨大优势。例如，纳米激光器提高了医疗诊断中生物传感器的灵敏度。

■通过切换纳米点阵列的磁化，打开（顶部）和关闭（底部）等离子体激光器。放大的插图显示了单个纳米点周围的磁场。（来源：阿尔托大学）

截至目前，无论是采用机械还是使用热或光的方式，打开和关闭纳米激光器仍然需要人为操作。现在，芬兰的研究人员找到了一种可以远程控制纳米激光器的方法。“这里的新颖之处在于我们能够用外部磁场控制激光信号。通过改变磁性纳米结构周围的磁场，实现激光器的开闭。”阿尔托大学Sebastiaan van Dijken教授说。

为了实现这一目标，研究团队通过使用与传统材料不同的材料来制造等离子体纳米激光器。研究人员没有用金或银，而用的是在连续金箔和绝缘二氧化硅层上图案化的磁性钴铂纳米点。分析表明，只有当使用这种材料，并且纳米点以周期阵列的形式排列，研究团队才能获得预期的效果。

■阿尔托大学Sebastiaan van Dijken教授，研究领域包括功能材料、纳米技术、多铁性、磁性、自旋电子学

光子学向极其稳健的信号处理迈进

研究团队开发的新激光器控制机制，未来可能在利用光信号的设备中被证明是有价值的，但它对拓扑光子学新兴领域的影响更加令人兴奋。拓扑光子学旨在产生不受外部干扰的光信号。通过提供非常强大的信号处理，拓扑光子学将在许多领域得到应用。

van Dijken解释说：“我们的想法是，创建特定的拓扑光学模式，这些模式具有某些特性，允许它们在传输过程中免受任何干扰。这意味着，如果设备存在缺陷或因为材料粗糙，光线也可以不受干扰地通过它们，因为它受到拓扑保护（鲁棒性）。”

■阿尔托大学Päivi Törmä教授，研究领域包括多体量子物理研究，超冷气体、纳米科学、纳米等离子体、纳米技术、物理科学

目前，使用磁性材料创建受拓扑保护的光信号需要强磁场。研究表明，使用具有特定对称性的纳米颗粒阵列可以意外地放大磁性效应。研究人员认为，他们的新发现可以为新的纳米级拓扑保护信号指明了方向。“通常情况下，磁性材料会导致光的吸收和偏振发生非常小的变化。在实验中，我们在光学响应中产生了非常显著的变化（高达20%）。这是以前从未见过的，”van Dijken说。

学院教授Päivi Törmä表示，这些结果能够实现拓扑光子结构的巨大潜力，其中通过合适的纳米粒子阵列几何形状进行磁化效应的扩增。这些发现是阿尔托大学应用物理系van Dijken教授领导的纳米磁性和自旋电子学小组与Törmä教授领导的量子动力学小组长期合作的结果。