接下來的兩天,葉辰在王研究員的陪同下,如同海綿吸水般,快速熟悉著項目組的環境和背景資料。他接觸到的雖然是項目的非核心部分,但涉及的理論深度和工藝複雜度,已經遠超他之前的任何經曆。
他閱讀了厚厚的項目文檔,包括波導結構的設計原理、材料參數、製備流程、以及大量的、令人頭疼的測試數據。他參觀了超淨間(隻能在特定區域外觀摩),了解了納米尺度的光刻、刻蝕、沉積等尖端工藝。
所有人都對這個過分年輕的“顧問”保持著禮貌而疏離的態度。好奇是有的,但更多的是懷疑。一個高中生,哪怕發表了頂刊論文,真能解決困擾了他們團隊數月之久的難題?大多數人認為這不過是沈主任一次異想天開的嘗試,或者是對某個“關係戶”的特殊照顧。
葉辰對此心知肚明,但他毫不在意。他將全部精力都投入到了對問題的分析中。
項目組遇到的問題很明確:理論模擬顯示,他們設計的一種特殊光子晶體波導,在某個通信波段應該具有近乎無損的傳輸特性。但實際做出的樣品,損耗卻總是居高不下,仿佛有什麼看不見的東西在“吞噬”光子。
團隊已經排除了材料缺陷、界麵粗糙度、側壁垂直度等常見的物理因素,將問題聚焦在了波導本身的“模式特性”上,但始終找不到症結所在。
葉辰利用【信息過濾】技能,快速梳理著海量的數據和文獻。他的大腦如同高性能計算機,將波導的結構參數、材料的光學常數、測試得到的損耗頻譜……所有信息進行交叉比對、建模分析。
他敏銳地注意到,項目組在理論模擬時,采用的是一個高度簡化的、基於完美周期結構的模型。而實際製備的波導,由於工藝極限,其周期性並非完美,尤其是在波導的彎曲和接口處,存在著納米級別的微小畸變。
這些畸變在項目組看來是不可避免的工藝誤差,在傳統理論中,其影響也被認為微乎其微。
但葉辰的思維,卻跳出了這個框架。
他想起了自己論文中關於拓撲邊界態對缺陷的魯棒性(robustness),同時也想到了其反麵——在某些特定的非平庸(non-trivial)邊界條件下,微小的結構擾動,反而可能激發出強烈的、局域化的“缺陷態”,這些缺陷態會成為能量的陷阱,導致巨大的散射損耗!
而項目組設計的這種波導,其特殊的能帶結構,恰好可以滿足這種條件!
一個大膽的猜想在他腦海中形成。
第三天下午,項目組召開每周的進度討論會。沈宏副主任親自主持,十幾位核心研究人員參加,葉辰也被要求列席。
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會議氣氛有些沉悶,各個小組彙報了排查進展,依然沒有突破性發現。輪到理論組負責人彙報時,他再次強調了模擬結果的“正確性”,認為問題一定出在工藝或測量上。
就在這時,一直沉默傾聽的葉辰,舉起了手。
所有人的目光瞬間聚焦在這個年輕的過分的麵孔上。有好奇,有疑惑,也有一絲不耐。
沈宏點了點頭:“葉辰顧問,你有什麼看法?”
葉辰站起身,走到會議室前方的白板前,拿起筆。他的動作從容不迫,沒有絲毫緊張。
“各位老師,我仔細研究了項目資料,有一個不成熟的想法,想請大家指正。”他語氣謙遜,但眼神銳利。
他在白板上畫出了項目波導的簡化能帶圖,然後在一個關鍵位置點了一下。
“項目組的模擬基於完美周期結構,這沒有問題。但實際樣品存在納米尺度的結構畸變,尤其是在這裡——”他圈出了波導的彎曲區域,“這些畸變,在傳統看來影響微小,但如果考慮到我們波導能帶的‘拓撲性質’……”
他引入了一個項目組未曾深入考慮的概念——**拓撲荷(topologicalcharge)**在缺陷處的局域與演化。
“……在這些特定畸變存在的情況下,它們不再僅僅是微擾,而是可能打破原有的拓撲保護,在禁帶中激發出強烈的、局域化的缺陷模式。這些模式不參與長程傳輸,卻會像陷阱一樣,強烈地散射和吸收傳播模式的光子能量,從而導致觀測到的高損耗!”
他一邊說,一邊快速寫下一組簡潔的公式,定性描述了缺陷態密度與損耗之間的關係。
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