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[新聞]  2021年黃承彬教授「看見看不到的漩渦」 黃承彬教授與國際合作首見光學自漩準粒子 成果榮登《Nature》發佈時間:2021-04-30 10:52:39
  2021-01-27
清華電機新聞

 

「看見看不到的漩渦」
黃承彬教授與國際合作首見光學自漩準粒子成果榮登Nature
http://web.ee.nthu.edu.tw/p/406-1175-197121,r2471.php?Lang=zh-tw

  黃承彬教授團隊利用光激發電子顯微鏡,觀測到線性偏振態激發下,表面電漿波會產生漩渦,並且發現在金屬表面產生光學自漩準粒子,為此兩現象提供首度的佐證。

 

 

   國立清華大學電機系暨光電所教授黃承彬美國匹茲堡大學合作,證明具有掌性的奈金屬結構,在線性偏振態光激發下會產生漩渦,打破過去學理上認為僅有聚焦現象而不會產生漩渦的文獻紀錄,為首次見證此現象的直接證明。此突破性研究成果於2020年12月登上國際頂尖期刊《Nature》,受全球注目。論文名稱: Plasmonic topological quasiparticle on the nanometre and femtosecond scales.


  黃承彬教授團隊也發現,在產生電漿波漩渦的同時,金屬表面的各個空間位置亦穩定地產生相對應的自旋角動量,此自旋結構的空間分佈可類比於準粒子中較罕見的一種—meron,而這也是光學系統中自旋準粒子產生的首度驗證。光學準粒子未來的應用無限,也提供了學者更多的想像與發揮空間,例如光學儲存與資訊傳遞的全新機制。

 


  「大家在生活中對漩渦一定不陌生,例如台灣常碰到的颱風、或沖馬桶時看到的水漩渦,它們是3維立體的漩渦。但在我們的研究中,產生的是純二維的近場光學漩渦:用一道雷射光激發一個在金屬薄膜上形成的結構,從而能夠看到這個漩渦在旋轉,本身就是一件很不得了的事。」談起研究機緣,專長為奈米光學的黃承彬說,過往的測量是看不到光漩渦在轉的,這是因為漩渦旋轉的速度快到一秒鐘可以轉10 14 ~10 15這麼多次,人眼若要能看到漩渦旋轉的動態,眼睛就必須像是比轉速還要快的攝影機,可惜這是不可能的。

  

 

  在缺乏時間動態解析的能力之下,過往人們都認為掌性金屬元件在線性偏振態激發下,僅會產生電漿波的聚焦的現象,而不會產生漩渦。「但我不相信」,黃承彬很堅定的表示,「我認為還是會有漩渦的存在!」為了證明這個現象的存在,黃承彬2018年暑期遠赴美國匹茲堡大學,展開合作研究之旅。

 

  在匹茲堡大學,團隊使用光激發電子顯微鏡(photoemission electron microscope)系統,用兩道具有時間差的飛秒雷射脈衝,進行激發-探測(pump-probe)。雷射短脈衝在掌性金屬元件中激發出表面電漿波,並提供金屬中電子脫離材料束縛的能量,在不同空間點上游離出來,從而被捕捉成像。光激發電子顯微鏡本身提供了非常好的空間解析度,而精確地調整兩道雷射脈衝之間的時間間距,則額外地提供團隊所需的時間解析度,從而允許黃教授拍出連續動作的畫面,看到漩渦真正旋轉的動態分辨解析。

 

   黃承彬教授勇於挑戰過往既定研究結論,開創出研究者的創新格局,更讓我們看到學者不畏艱辛,在不確定的孤獨中突破逆境的勇氣,將奈米光學領域帶領至新境界。黃承彬教授特別感謝合作的博士生的剛毅,與師母的付出陪伴,讓他能在異地無憂無慮地進行研究,激發出如此豐沛的研究能量與成果。
 

 

 黃承彬教授勇於挑戰過往既定研究結論,開創出研究者的創新格局,更讓我們看到學者不畏艱辛,在不確定的孤獨中突破逆境的勇氣,將奈米光學領域帶領至新境界。

 

 

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From the University of Pittsburgh via Pittsburgh Quantum Institute: 

“Experimeakes “snapshots” of light, stops light, and uses light to change properties of matter”

 

 

 


 

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