物理學家成功地設計了僅由數百個原子組成的光學鏡。它是世界上最輕的，甚至是可以想象的。

　　加興–馬克斯·普朗克量子光學研究所(MPQ)的物理學家設計了可想象到的最輕的光學鏡。新型超材料由僅包含數百個相同原子的單個結構化層組成。原子排列在通過干涉激光束形成的光學晶格的二維陣列中。該研究結果是在最近才出現的具有序原子的亞波長量子光學新領域中此類實驗的首次觀察。到目前為止，鏡子是唯一的鏡子。結果今天發表在《自然》上。

　　通常，鏡子利用高度拋光的金屬表面或經過特殊涂層的光學玻璃來提高重量更輕的性能。但是，MPQ的物理學家現在首次證明，即使只有數百個原子的單個結構化層也可以形成光學鏡，使其成為最輕巧的鏡面。新的鏡子只有幾十納米，比頭發的寬度薄一千倍。但是，反射是如此強烈，甚至可以用純正的人眼察覺到。

　　鏡子后面的機制

　　鏡子與以二維陣列排列的相同原子一起工作。它們以規則圖案排列，間距小于原子的光學躍遷波長，這是超材料的典型特征和必要特征。超材料是人為設計的結構，具有非常特殊的特性，而這種特性很少能自然發現。它們不是從其制造的材料而是從其設計的特定結構中獲得其特性。特征-規則的圖案和亞波長間隔-以及它們之間的相互作用是這種新型光學鏡背后的兩個關鍵工作。首先，原子的規則圖案和亞波長間隔都抑制了光的散射，從而將反射束縛在一個單向且穩定的光束中。第二，由于原子之間的距離相對較近且離散，因此入射光子在被反射之前可以在原子之間來回反彈不止一次。抑制光散射和光子彈跳這兩種效應都會導致“對外部場的增強協作響應”，在這種情況下意味著：非常強的反射。

　　通往更高效量子設備的方式的進步

　　鏡子本身的直徑約為7微米，非常小，以至于遠遠超出視覺識別范圍。但是，在其中創建設備的設備非常龐大。它與其他量子光學實驗完全一樣，可計數上千個單一光學組件，重約兩噸。因此，新穎的材料幾乎不會影響人們日常使用的商品鏡。另一端的科學影響可能是深遠的。

　　“結果對我們來說非常令人興奮。就像在典型的稀疏整體中一樣，在我們的系統中起著至關重要作用的原子之間的光子介導的相關性通常在傳統的量子光學理論中被忽略。另一方面，主要通過將超冷原子加載到光學晶格中形成的原子有序陣列來研究凝聚態模型的量子模擬。但是，它現在也成為研究新的量子光學現象的強大平臺。”博士后研究員，論文的第一作者Jun Rui解釋說。

　　沿著這個故事情節進行進一步的研究可以加深對光物質相互作用的量子理論，光學光子的多體物理學的基本理解，并使更高效的量子器件得以工程化。

　　“許多新的令人興奮的機會已經打開，例如研究量子光力學的一種有趣方法，這是一個使用機械設備研究光的量子本質的領域?；蛘?，我們的工作也可能有助于創建更好的量子存儲器，甚至可以建立量子可切換的光學鏡。”博士研究員兼第二作者David Wei補充道。“這兩項都是量子信息處理方面有趣的進步。”