发射光的波长沿着金纳米阵列增长，光的能量减少，当达到晶格最低能量的时候，一种玻色-爱因斯坦凝聚态就形成了。
图片版权：阿尔托大学（Aalto University）/Tommi Hakala和Antti Paraoanu
大约100年以前，阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）和萨特延德拉·纳特·玻色（Satyendra Nath Bose）预测量子力学可以迫使大量粒子表现出一致的行为，就像只有一个粒子一样。这种现象叫做玻色-爱因斯坦凝聚（Bose-Einstein condensation），直到1995年我们才能创造出第一个碱金属气体玻色-爱因斯坦凝聚态物质。
尽管玻色-爱因斯坦凝聚态已经在多种系统中被观察到了，但是实现这种现象的条件需要进一步优化：更快的时间尺度，更高的温度和更小的尺寸。这种凝聚态越容易得到，就越能为新的技术应用开辟出令人兴奋的新路线，例如，新光源的尺寸可以极其小，并且可以实现更快的信息处理。
在阿尔托大学的研究者们的实验中，凝聚态粒子是金纳米棒中运动的光和电子的混合物，它们排列成周期性阵列。不同于先前实验创造的玻色-爱因斯坦凝聚态，新的凝聚态不需要降温到绝对零度附近，这是由于大多数粒子都是轻质的，所以在室温下就可以诱导凝聚。
金纳米颗粒阵列很容易用现代的纳米制备方法制造，在纳米棒附近，光可以被聚焦到很小的体积中，甚至低于真空中光的波长。这些特点给这种新凝聚态的基础研究和应用带来了有趣的前景。”学院教授Päivi Törmä说。
证明这种新凝聚态的主要障碍是它形成得极其之快，“根据我们的理论计算，凝聚态的形成仅需皮秒。”博士生Antti Moilanen说。
“我们怎么证实一个只存在万亿分之一秒的东西？”
将距离转化为时间
一个关键想法是启动凝聚过程，以便形成凝聚态的粒子可以开始运动。
“当凝聚态形成的时候，它在整个金色纳米棒阵列中发光，通过观察这种发光，我们可以及时监控凝聚过程，这就是我们将距离转化为时间的方式，”研究员Tommi Hakala解释道。
凝聚态物质发出的光类似于激光，“我们可以通过改变每个纳米棒之间的距离，来控制发生玻色-爱因斯坦凝聚还是形成普通激光，这两者是紧密相关的现象，能够区分它们对于基础研究来说是至关重要的。”Törmä教授解释道。
激光和玻色-爱因斯坦凝聚都产生了明亮的光线，但是它们产生的光在相干性上具有不同的性质，这些反过来影响了光在适应具体应用要求时的调节方式。新的凝聚态可以产生极短的光脉冲，并且可以为信息处理和图像应用提供更快的速度。学院教授Törmä已经从欧洲研究委员会（European Research Council）获得了概念授权证明（Proof of Concept grant），以探索它的前景。
参考文献：Tommi K. Hakala, Antti J. Moilanen, Aaro I. Väkeväinen, Rui Guo, Jani-Petri Martikainen, Konstantinos S. Daskalakis, Heikki T. Rekola, Aleksi Julku, Päivi Törmä. Bose–Einstein condensation in a plasmonic lattice. Nature Physics, 2018; DOI: 10.1038/s41567-018-0109-9
翻译：王格
审校：杨镐羽
京公网安备11010502039775号
