位于英国Skoltech和南安普敦的Hybrid Photonics Laboratories的研究人员与英国兰开斯特大学合作，展示了一种仅使用激光合成用于腔极化子的人工固态晶体结构的新光学方法。结果可能导致实现现场可编程极化子电路，并产生新的策略来创建引导光和对相干光源进行可靠的限制。该结果最近发表在《自然通讯》杂志上。

为量子粒子创建人造晶格使研究人员可以在自然界中通常找不到的环境中探索物理学。人造晶格特别吸引人，因为它们的对称性通常会导致可精确求解的模型以及对它们属性的透明理解。但是，设计它们是一项具有挑战性的任务，并且灵活性有限。必须对材料进行不可逆的工程设计才能完成工作，甚至冷原子的光学晶格技术也无法产生任意的晶格形状。

研究人员Lucy Pickup博士(南安普敦)，Helgi Sigurdsson博士(南安普敦和Skoltech)，Janne Ruostekoski教授(兰开斯特)和Pavlos Lagoudakis教授(Skoltech和南安普敦)克服了这一挑战，开发了一种新的方法来创建任意形状的形状和可编程的人工晶格仅使用结构化的激光。可重编程性意味着腔极极化系统可以从一个晶格更改为另一个晶格，而无需从头开始设计新系统的昂贵需求。

当激光打到半导体量子阱上时，它会激发电子和空穴，以及两个被称为激子的束缚态。当量子阱放置在两个反射镜之间，形成光子的陷阱(或腔)时，一些激子粒子变成光子，形成奇特的半光，半物质准粒子，称为激子极化子或腔极化子。 。

激子极化子是互动的，经常相互反弹。但是，它们还会在背景中从正常的电子，空穴和激子中反弹。研究人员表明，通过以几何结构的方式施加激光，激子-极化子会按照激光器的形状反弹受激电子，空穴和激子。换句话说，激子-极化子开始经历激光刻印的合成势态。

激光产生的势能态仅由激子-极化子感知，而腔内的光子则无法感知，从而将系统与光子晶体区分开。通过创建具有平移对称性的激光图案，研究人员产生了固态系统的基本特征，即形成了用于激子-极化子的晶体能带，类似于固态材料中电子的能带。

文章的共同作者Lucy Pickup博士说：“结果为在晶格环境中研究耗散的多体量子物理学开辟了一条道路，该物理学具有普通厄米量子系统无法再现的特性。”

Helgi Sigurdsson博士补充说：“对于非Hermitian拓扑物理学这一相对较新的领域，这是令人振奋的发展。”

可以通过简单地调整激光图案来重新配置产生的波段，从而允许采用非侵入性方法访问人造晶格中的量子物理学。该结果可用于多种应用，包括基于光学的通信，信息处理，用于生物医学目的的高灵敏度检测器以及受拓扑保护的激光。这些结果也为在开放(非埃尔米特)量子环境中研究基本的多体晶格物理学开辟了道路。