آزمایش‌ها و شبیه‌سازی‌ های عددی نشان می‌دهند که جایگزینی تصادفی چند جزء غیر مغناطیسی با اجزای مغناطیسی در یک آلیاژ فوتونی باعث انتشار نور بدون پراکندگی به عقب در امتداد لبه آن می‌شود.

آلیاژهای فوتونیPhotonic alloys ، که دو یا چند کریستال فوتونی را ترکیب می‌کنند، دارای پتانسیل بالایی به عنوان موجبر هستند زیرا می‌توان با دستکاری ساختار کریستالی آنها، فرکانس نوری که از خود عبور می‌دهند را تنظیم کرد. با این حال،آلیاژهای فوتونی معمولا دچار پس-پراکنی نور هستند که مانع انتقال اطلاعات و انرژی می شود. اکنون تیانتائو چو Tiantao Qu و همکارانش از دانشگاه شانشی چین یک آلیاژ فوتونی با حالت لبه توپولوژیکی ساخته‌اند که از انتشار میکرو موج بدون پراکندگی به عقب پشتیبانی می کند [1]. محققان می گویند، این آلیاژ به طرز قابل توجهی حالت لبه توپولوژیکی خود را وقتی به دست می آورد که فقط بخش کوچک و تصادفی از اجزای یک کریستال فوتونیک منفرد غیرتوپولوژیکی جایگزین شده باشد. این یافته می تواند به روش‌های کارآمدتری برای ساخت بلورهای فوتونیک توپولوژیکی منجر شود.

گروه تحقیق با آرایه ای از میله های گارنت آهن ایتریوم غیر مغناطیسی به اندازه 600 میلی متر که در یک شبکه مربعی چیده شده بودند، شروع کردند. مطالعات قبلی نشان داده سیستمی که فقط از میله‌های غیر مغناطیسی تشکیل شده باشد توپولوژیکی نیست، در حالی که سیستمی که فقط میله‌های مغناطیسی دارد، توپولوژیکی است. این تیم با استفاده از یک منبع و یک آنتن کاوشگر برای اندازه گیری شدت و فاز امواج میکروی منتشر شده در آلیاژ، دریافتند که جایگزینی تصادفی 20 درصد از میله های غیر مغناطیسی با میله های مغناطیسی برای القای حالت لبه کافی است. شبیه‌سازی‌های عددی نشان می‌دهند که هرچه شبکه آلیاژ فوتونی بزرگ‌تر باشد، درصد میله‌های مغناطیسی مورد نیاز برای دستیابی به حالت لبه توپولوژیکی کمتر است. به عنوان مثال، یک آرایه مربعی از 10000 میله به حالت لبه توپولوژیکی می رسد اگر فقط حدود 2٪ از آنها مغناطیسی باشند.

محققان اکنون در حال بررسی طرح هایی با حالت های لبه اضافی هستند که تعداد کانال های موجود برای انتقال اطلاعات و انرژی را افزایش می دهد و احتمالاً کارایی حمل و نقل را بهبود می بخشد. آنها می گویند که گسترش کار آنها به ناحیه نوری می تواند به دستگاه‌های فوتونیکی نوآورانه با انتشار سیگنال یک طرفه و انتقال انرژی منجر شود.

1- T. Qu et al., “Topological photonic alloy,” Phys. Rev. Lett. 132, 223802 (2024).

منبع:

Recipe for a One-Way Waveguide