科学家利用扭曲的光子晶体操纵光的行为，使其仿佛受到重力的影响，为光学进步和 6G 通信开辟了道路。一个合作研究小组操纵了光的行为，就好像它受到了重力的影响。该研究成果于 2023 年 9 月 28 日发表在《物理评论 A》杂志上，对光学和材料科学领域具有深远影响，并对 6G 通信的发展具有重要意义。

扭曲光子晶体和光子晶体的概念图。资料来源：K. Kitamura et.al.

爱因斯坦的相对论早已确定，电磁波（包括光和太赫兹电磁波）的轨迹可以被引力场偏转。科学家们最近从理论上预测，通过在低归一化能量（或频率）区域使晶体变形，复制引力效应（即伪引力）是可能的。

东北大学大学院工学研究科的 Kitamura Kyoko 教授说："我们开始探索光子晶体的晶格变形是否能产生伪重力效应。"

DPC 中光束轨迹的实验装置和模拟结果

光子晶体的作用

光子晶体具有独特的特性，使科学家能够操纵和控制光的行为，成为晶体内光的"交通管制器"。光子晶体的构造是将两种或两种以上不同的材料周期性地排列在一起，这些材料具有不同的与光相互作用和减缓光速的能力，并以有规律的重复模式排列。此外，在光子晶体中还观察到了由于绝热变化而产生的伪重力效应。

北村和她的同事通过引入晶格畸变对光子晶体进行了改造：元素间的规则间距逐渐变形，从而破坏了质子晶体的网格状模式。这就操纵了晶体的光子带结构，导致光束在中间出现弯曲轨迹--就像光束经过黑洞等大质量天体一样。

实验结果，B 端口和 C 端口之间的传输差清楚地显示了 DPC 中的光束弯曲。资料来源：K. Kitamura et.al.

实验细节和影响

具体来说，科学家们在实验中使用了一种原始晶格常数为 200 微米的硅扭曲光子晶体和太赫兹波。实验成功证明了这些波的偏转。

Kitamura 补充说："就像重力使物体的轨迹发生弯曲一样，我们也想出了在某些材料内使光线发生弯曲的方法。这种太赫兹范围内的面内光束转向可用于 6G 通信。"

大阪大学副教授 Masayuki Fujita 说："在学术上，研究结果表明光子晶体可以利用引力效应，为引力子物理学领域开辟了新的道路。"