利用3D纳米结构屏蔽真空噪声

在全球范围内，人们为实现控制无处不在且不可避免的所谓真空噪声的纳米结构做出了许多努力，真空噪声影响许多物理过程，例如光的发射。这种新技术的核心纳米结构是光子晶体，该晶体可操纵光的流动，类似于半导体操纵笔记本电脑芯片中的电流的方式。

迄今为止，人们一直认为这样的光子晶体应该笨重，厚实，以使量子位和光源免受这种噪声的影响。

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在最近的一项计算研究中（《物理评论B》，“有限光子晶体的3D带隙中的光学状态的局部密度”），来自希腊，美国和荷兰的科学家发现，即使很小的光子晶体也可以有效地屏蔽真空噪声。 10倍或更多。这些新见解为高效的激光器和LED，薄型光伏电池甚至光量子位制定了设计规则。

根据量子力学，即使是空白空间也不是完全空白。空间充满了出现和消失的短寿命粒子-反粒子对，也称为真空波动。尽管它们的存在是微妙的，并且无法直接观察到，但这些波动与原子相互作用，充当噪声的作用，诱导高能态原子下降到低能态同时发射光子。因此，真空噪声的操纵对于采用发光控制，光伏技术和量子信息处理的设计应用至关重要。

自1950年代以来，科学家就根据应用场合尝试通过增强或抑制真空噪声来理解和操纵真空噪声。随之而来的自然问题是：有没有办法实现真正的“空”空间？换句话说，甚至禁止真空波动吗？
光子晶体可以做到这一点：它们由散装材料中的周期性层堆叠或孔的周期性排列组成，从而控制真空噪声（见图1）。似乎禁止在宽波长范围内的真空波动进入光子晶体。该波长范围称为光子带隙。这意味着在无限光子晶体内部处于激发态的原子将始终保持激发状态！因此，不会发射光子。
在无限光子晶体中，在光子带隙范围内的真空噪声密度正好等于零。但是，实际上，光子晶体始终是有限的，允许真空波动进入晶体。这导致了一个重要的问题，即真空波动与晶体内部“原子”的大小和位置有关。

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