在納米光子學的探索之旅中，科學家們一直在追求如何更精準地操控光的傳播，尤其是在微納尺度上。這一領域長期依賴于硅、氮化硅和二氧化鈦等傳統材料，這些材料通過復雜的結構設計，如波導、諧振器和光子晶體，實現了對光的傳導和局域限制。光子晶體，作為人工微結構的典范，其調控光的機制與半導體晶體控制電子運動的方式有異曲同工之妙。
然而，這些傳統材料并非完美無缺。它們的折射率相對較低，這意味著它們與光的相互作用強度有限，限制了光場局域化的極限水平，也阻礙了光學器件的進一步微型化。這些材料的光學特性一旦制備完成便基本固定，難以實現光學性能的靈活重構。
近日，麻省理工學院（MIT）的研究團隊帶來了一項納米光子學領域的重大突破。他們成功研制出一種全新的納米光子學平臺技術，能夠在十億分之一米的尺度上操控光，打破了現代光學的性能極限。這項技術的核心在于超緊湊光學器件的研發，這些器件不僅體積微小、能效高，還能在不同光模式間靈活切換，滿足了光學器件微型化和性能提升的雙重需求。
這項技術的突破性進展得益于硫化溴化鉻（CrSBr）這一量子材料的發現。CrSBr是一種罕見的層狀量子材料，兼具磁序性和強光學響應特性。其獨特的光學性能源于激子——當材料吸收光子后，受激電子與帶正電的“空穴”結合形成的中性準粒子。在CrSBr中，激子不僅主導著光學響應，還對磁場高度敏感，這使得外部調控手段成為可能。
MIT團隊利用CrSBr的這一特性，成功將其加工成光子晶體等光學結構，其厚度可比傳統材料器件薄一個數量級。更令人驚嘆的是，他們通過施加適度磁場，首次實現了光學模式的連續可逆切換。這意味著，在不依賴機械運動或溫度變化的情況下，他們能夠動態調控光在納米結構中的傳播特性。這種調控能力源于材料折射率的巨磁致偏移，其幅度遠超傳統光子材料。
CrSBr中光與激子的相互作用如此之強，以至于形成了兼具光與物質特性的極化激元。這種混合粒子展現出全新的光子行為，如增強的非線性效應和量子光傳輸新機制。與傳統系統不同，CrSBr無需外置光學腔即可本征支持極化激元，這為光學器件的開發提供了全新的可能性。
雖然當前實驗是在低溫環境下進行的，但CrSBr無可比擬的可調性使其在量子模擬、非線性光學和可重構極化激元平臺等前沿領域具有極高的應用價值。MIT團隊正在積極探索具有更高磁有序溫度的類似材料，以期在更易實現的條件下獲得同等功能。可以預見，這一突破性技術的問世，將推動納米光子學領域邁向更加緊湊、高效和可編程自適應的新階段。
