Создание так называемого топологического изолятора может изменить стремление телекоммуникационной отрасли создать улучшенный компьютерный чип с использованием света.
Руководитель группы, профессор Юрий Кившар из Австралийского национального университета (ANU) сказал, что революционный материал также может быть полезен в микроскопах, конструкции антенн и даже квантовых компьютерах.
«В фотонике велась охота на аналогичные материалы, основанные на больших сложных структурах», – сказал профессор Кившар, возглавляющий Центр нелинейной физики в Исследовательской школе физики и инженерии ANU.
«Вместо этого мы использовали простую зигзагообразную структуру небольшого размера, чтобы создать прототип этих новых материалов с удивительными свойствами."
Структура была вдохновлена зданием Ниси недалеко от АНУ, которое состоит из рядов смещенных зигзагообразных стен.
Топологические изоляторы изначально были разработаны для электроники, и возможность создания оптического аналога привлекает большое внимание.
Оригинальная зигзагообразная структура материала была предложена в более раннем сотрудничестве команды с доктором Александром Поддубным из Института Иоффе в России, сказал аспирант Алексей Слобожанюк.
«Зигзагообразная структура создает сцепление по всему материалу, которое не позволяет свету проходить через его центр», – сказал г-н Слобожанюк.
"Вместо этого свет направляется к краям материала, где он становится полностью локализованным посредством своего рода квантовой запутанности, известной как топологический порядок."
Соавтор-исследователь доктор Андрей Мирошниченко сказал, что здание вдохновило исследователей на мысль о нескольких зигзагах.
«Мы искали новую топологию, и однажды я посмотрел на здание, и в моем мозгу зазвонил звонок», – сказал коллега-исследователь д-р Андрей Мирошниченко.
"По краям такого материала свет должен беспрепятственно проходить по неровностям, которые обычно рассеивают свет.
«Эти материалы позволят свету огибать углы без потери сигнала», – сказал он.
Команда показала, что исключительные свойства материала связаны с его структурой или топологией, а не с молекулами, из которых он сделан.
«В нашем эксперименте мы использовали массив керамических сфер, хотя в первоначальной теоретической модели использовались металлические субволновые частицы», – сказал д-р Мирошниченко.
"Несмотря на то, что это очень разные материалы, они дали одинаковый результат."
В отличие от других международных групп, пытающихся создать топологические изоляторы с крупномасштабными структурами, команда в своих успешных экспериментах использовала сферы, которые были меньше длины волны микроволн.
Доктор Поддубный разработал теорию, когда понял, что существует прямая аналогия между квантовой моделью майорановских фермионов Китаева и оптически связанными субволновыми рассеивателями.
Г-н Слобожанюк сказал, что команда может контролировать, на какие части поверхности материала направляется свет, изменяя поляризацию света.
«Это открывает возможности, начиная от наноразмерных источников света для улучшения микроскопов, до высокоэффективных антенн и даже для квантовых вычислений», – сказал он.
«Структура соединяет две стороны материала, поэтому их можно использовать как запутанные кубиты для квантовых вычислений."