Topologisk fotonisk krystal fremstillet af silicium

WPI-MANA-forskere udleder topologiske fotoniske tilstande udelukkende baseret på silicium, hvilket kan føre til udvikling af nye funktioner og enheder gennem integration med halvlederelektronik

Topologi er et matematisk begreb, der beskriver måden, hvorpå et objekt invariant forbindes under kontinuerlig deformation. For nylig, det er blevet påpeget, at topologi også kan defineres i de elektroniske materialetilstande, og dette giver et samlet og nyttigt billede for fysikere, der beskriver materialets unikke egenskaber.

Baseret på en ny tilgang, som de har kaldt "topologisk nanoarchitectonics, "Xiao Hu og Long-Hua Wu, der er teoretikere ved International Center for Materials Nanoarchitectonics (MANA), National Institute for Materials Science (NIMS), belyst et nyt princip, der får elektromagnetiske bølger inklusive lys til at forplante sig på kanten i en todimensionel fotonisk krystal uden at blive spredt.

Det var kendt, at spredning af lys ved defekter i konventionelle fotoniske krystaller kan undertrykkes i topologiske fotoniske tilstande, men hidtil var særlige materialer påkrævet for at skabe topologiske fotoniske krystaller. Imidlertid, MANA -forskerne opdagede et nyt princip, som gør det muligt at realisere en topologisk fotonisk krystal ved blot at justere positionerne for isolator eller halvleder -nanoroder i et bikagegitter, uden brug af specielt materiale eller kompliceret struktur. Når sekskantede klynger dannes ved at justere positionerne for nanoroder, elektromagnetiske tilstande med spin, som konventionelt er specifik for elektroner, komme til syne. Som resultat, MANA -forskerne klargjorde teoretisk, at en fotonisk krystal udviser topologiske egenskaber, når adskillelsen mellem sekskantede klynger er indsnævret fra honningkagegitteret.

Da denne nye egenskab af en fotonisk krystal kan opnås selv med halvleder, såsom silikone og/eller GaN alene, forskellige nye funktioner forventes ved integration af informationsbehandlingsfunktioner opnået med den veletablerede halvlederelektronik og den fremragende topologiske egenskab ved elektromagnetiske bølger.