美国莱斯大学研究团队近日在《自然通讯》发表重要研究成果，成功开发出一种创新型手性光学腔设计，该技术能够选择性增强特定圆偏振光的量子真空波动效应。这一突破性进展为量子材料特性调控提供了全新思路，有望替代传统依赖强磁场的技术路径。

研究团队由莱斯大学Smalley-Curl研究所所长、电气与计算机工程与材料科学和纳米工程教授河野纯一郎领导。该团队创新性地采用轻掺杂锑化铟半导体材料构建特殊光学腔结构，成功实现了对量子真空波动效应的精确控制。"我们的手性腔系统创造性地利用了真空量子效应来定向调控材料特性，"河野教授表示，"这为量子材料工程开辟了全新可能性。"

研究第一作者Fuyang Tay博士详细介绍了技术突破的关键："传统方法需要施加10特斯拉以上的强磁场才能实现的手性控制效果，而我们的设计仅需1特斯拉左右的微弱磁场即可达成。"这一重大改进源于对半导体材料载流子特性的精准把控，研究团队通过反复实验验证，最终确定轻掺杂锑化铟是最佳选择。

在技术实现路径上，研究团队采用了多学科交叉的研究方法。莱斯大学电气与计算机工程助理教授Alessandro Alabastri及其团队成员Stephen Sanders博士负责开发先进的数值模拟系统。"通过建立精确的计算模型，我们可以在虚拟环境中快速优化腔体参数，"Alabastri教授解释道，"这大大加速了研发进程，使我们能够探索更广泛的设计参数空间。"

理论计算方面，研究团队创造性地采用了结合经典物理学和量子物理学的多尺度建模方法。印第安纳大学助理教授塞伦·达格表示："我们首先在经典框架内绘制腔内电磁场分布，再通过密度泛函理论获取材料电子特性，最后用量子电动力学模型描述光物质相互作用。这种混合方法显著提高了预测的准确性。"

以石墨烯为研究对象，团队获得了令人振奋的发现。理论计算表明，将石墨烯置于该手性光学腔中，可以诱导打开其带隙，使其从半金属态转变为具有特殊拓扑性质的绝缘态。"这种状态转变对于构建新型量子设备具有重要意义，"达格教授补充道。

维拉诺瓦大学助理教授Vasil Rokaj指出，这项技术的应用前景远不止于石墨烯。"我们建立的框架具有普适性，可以拓展应用于其他量子材料体系的研究。"研究团队正在探索将该技术应用于拓扑绝缘体、超导体等多种量子材料。

这项突破性研究获得了学界广泛关注。科诺教授总结道："通过简单地重塑真空环境，我们打开了一个全新的量子材料工程领域。这项基础性工作将为未来量子技术的发展提供重要支撑。"研究团队下一步计划将实验室成果向实际应用推进，重点开发基于该技术的原型量子器件。

更多信息： Fuyang Tay 等，太赫兹手性光子晶体腔用于石墨烯中狄拉克带隙工程，《自然通讯》(2025)。期刊信息： 《自然通讯》