ЛЕНТА

Физики создали фотонную версию электронного топологического изолятора

Lukas J. Maczewsky, et al. — Nature Materials (2020).

Немецкие ученые впервые создали бозонный топологический изолятор, в котором присутствует фермионная симметрия относительно обращения времени. Продемонстрированные результаты позволят использовать топологические состояния в фотонике, акустике и даже квантовой механике. Работа представлена в журнале Nature Materials.

В последние годы физики активно изучают топологические эффекты в физике. Например, фотонные топологические состояния могут помочь в создании топологически защищенных квантовых компьютеров: они обладают большей когерентностью, что позволяет физиками лучше управлять ими. Фотонные топологические изоляторы, в свою очередь, помогут физикам в развитии фотоники.

Фермионные топологические изоляторы, электронные системы в твердых телах, характерны наличием хиральных поверхностных токов, чье состояние защищено сохранением числа частиц и симметрией относительно обращения времени. Это ведет к тому, что поверхность топологических изоляторов очень хорошо проводит ток, в то время как все, что внутри, является изолятором. Однако считается, что для создания бозонных, в том числе и фотонных, топологических изоляторов, необходимо нарушение симметрии относительно обращения времени.

а) Фермионный топологический изолятор, в котором по поверхности текут два противоположных тока. b) Бозонные краевые состояния, в которых не нарушается симмутрия относительно обращения времени.

Lukas J. Maczewsky, et al. — Nature Materials (2020).

Поделиться

Немецкие физики из Грайфсвальдского и Ростокского университетов под руководством Лукаса Мачевски (Lukas Maczewsky) показали существование фотонных топоизоляторов при сохранении временной симметрии, свойственной фермионам (в частности — электронам). Ученые искусственно создали зонную структуру фотонной системы, в которой два встречно распространяющихся хиральных тока появляются в запрещенной зоне в объеме изолятора, что характерно для фермионного топологического состояния.

Зонная структура разработанной системы. Красная и синия линия указывают на наличие хиральных токов в запрещенной зоне.

Lukas J. Maczewsky, et al. — Nature Materials (2020).

Поделиться

В качестве экспериментальной демонстрации фотонного топологического изолятора физики построили оптическую систему, состоящую из лазера, фокусной системы и образца с решеткой из микронных волноводов. Используя детектор, ученые показали наличие двух встречных хиральных токов, что доказывает построенную теорию.

Схема экспериментальной установки. Красные и синии кривые — это экспериментальные данные, показывающие наличие двух хиральных токов в фотонной системе, что указывает на присутствие топологического состояния.

Lukas J. Maczewsky, et al. — Nature Materials (2020).

Поделиться

Недавно мы писали о том, как российские физики использовали электронную схему, чтобы эмулировать фотонное топологическое состояние. Топология в физике очень интересная тема, например, в 2016 году за открытие топологических эффектов в физике конденсированного состояния вручили Нобелевскую премию, а в 2018 году ученые из России впервые изготовили топологические наноструктуры для нелинейной генерации света.

Михаил Перельштейн

источник

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Кнопка «Наверх»
Do NOT follow this link or you will be banned from the site!
Установите приложение MEGANEWS на Google Play
УСТАНОВИТЬ
Закрыть
Закрыть

Обнаружен Adblock

Поддержите нас, пожалуйста, отключив блокировку рекламы.