德国科学家研制出新型磁性光子晶体

德国物理学家近日通过微调材料的磁性而非电性，制造出一种新型的光子晶体(photonic crystals)。这种新型的光子晶体是由金线对所构成，金线在此扮演着人造磁性原子的角色。这项发现使科学家又多了一种在纳米尺度下操控光的方法。

　　光子晶体泛指有周期性微结构的材料，通常因其电容率(electric permittivity)的周期性而具有光子能带结构(photonic band structure)，情形类似半导体中的电子能带结构。由于能量落在能隙中的光子无法在光子晶体内传递，因此科学家可以藉由仔细安排缺陷(defect)，达到操控光的目的。

　　到目前为止，可见光波段的光子晶体都是靠变化材料的电容率ε，但同样的效果也可以靠改变材料的磁导率(magnetic permeability)μ来达成，不过所有已知材料的磁导率在可见光波段都是1，因此科学家一直无法制作靠磁导率变化来操作的光子晶体。最近，卡斯鲁(Karlsruhe)研究所的Stefan Linden及其在卡斯鲁大学的同事藉由超材料(metamaterial)克服了这个困难。

　　Linden等人采用的金线对宽220 nm、长100 μm，之间以50 nm厚的氟化镁(magnesium fluoride)隔开，组成周期性排列的一维人造原子晶格，然后置放在用来导光的石英基板上，形成一维的磁性光子晶体。不过Linden也承认，此系统离实际应用还有一段很长的路。

　　物理学家将因为能同时运用电容率及磁导率，而拥有更大的设计弹性。该小组目前正根据现有的一维结构，尝试制作三维的超材料，以实现三维的光子能带结构。