Как заставить фотоны никогда не отскакивать назад

Топологические изоляторы – это материалы, структура которых заставляет и электроны двигаться только вдоль границы материала и только в одном направлении. Эти частицы испытывают очень небольшое сопротивление и свободно проходят мимо препятствий, таких как примеси, производственные дефекты, изменение траектории сигнала в цепи или объекты, намеренно помещенные на пути частиц. Это потому, что эти частицы вместо того, чтобы отражаться от препятствия, огибают его «как речная вода, текущая мимо скалы», – говорит профессор Ромен Флери, руководитель Лаборатории волновой инженерии EPFL в Инженерной школе.


До сих пор исключительная устойчивость этих частиц к препятствиям применялась только к ограниченным возмущениям в материале, что означало, что это свойство не могло широко использоваться в приложениях, основанных на фотонике. Однако вскоре это может измениться благодаря исследованиям, проводимым профессором Флери вместе с его аспирантом Чжэ Чжаном и Пьером Дельпласом из физической лаборатории ENS Lyon. Их исследование, появившееся в журнале , представляет топологический изолятор, в котором передача микроволновых фотонов может выдержать беспрецедентный уровень беспорядка.

«Нам удалось создать редкую топологическую фазу, которую можно охарактеризовать как аномальный топологический изолятор. Эта фаза возникает из математических свойств унитарных групп и придает материалу уникальные – и неожиданные – свойства передачи», – говорит Чжан.

Это открытие открывает большие перспективы для новых достижений в науке и технологиях. «Когда инженеры проектируют гиперчастотные схемы, они должны быть очень осторожны, чтобы убедиться, что волны не отражаются, а направляются по заданному пути и через ряд компонентов. Это первое, чему я учу своих студентов-электротехников», – говорит проф. Флери. «Это внутреннее ограничение, известное как согласование импеданса, ограничивает нашу способность манипулировать волновыми сигналами. Однако с нашим открытием мы можем использовать совершенно другой подход, используя топологию для создания схем и устройств, не беспокоясь о согласовании импеданса – a фактор, который в настоящее время ограничивает сферу применения современных технологий ».

Лаборатория профессора Флери сейчас работает над конкретным применением своего нового топологического изолятора. «Эти типы топологических схем могут быть чрезвычайно полезны для разработки систем связи следующего поколения», – говорит он. «Для таких систем требуются высоконадежные и легко реконфигурируемые схемы». Его исследовательская группа также изучает, как это открытие можно использовать для разработки новых типов фотонных процессоров и квантовых компьютеров.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments