由紐約城市學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組，提出了一種在人造光子材料中捕捉光的新方法，這可能會極大地提高在線數(shù)據(jù)的傳輸速度。

城市學(xué)院物理學(xué)家亞歷山大·B·哈尼卡耶夫領(lǐng)導(dǎo)的拓撲光子超材料的研究表明：超材料中的遠程相互作用改變了光波的共同行為，迫使它們在空間中局域化。此外，研究表明，通過控制這種相互作用的程度，人們可以在光波的俘獲特性和擴展(傳播)特性之間切換。

捕捉光的新方法，能設(shè)計出新型的光學(xué)諧振器，這可能會對日常使用的設(shè)備產(chǎn)生重大影響。這些設(shè)備的范圍從智能手機和Wi-Fi路由器中的天線，到光電子中用于以前所未有的速度，在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)的光學(xué)芯片。這項研究發(fā)表在《自然光子學(xué)》期刊上，題為“具有長程相互作用的光子Kagome晶體中高階拓撲態(tài)”。這是CCNY、CUNY研究生院的光子學(xué)倡議和俄羅斯圣彼得堡的ITMO大學(xué)合作項目。

作為牽頭組織，CCNY發(fā)起了這項研究并設(shè)計了結(jié)構(gòu)，然后在CCNY和ITMO大學(xué)進行了測試。Khanikaev的研究伙伴包括：Andrea Alü、Li Mengyao Li、向尼(CCNY/CUNY)、Dmitry Zhirihin(CCNY/ITMO)、Maxim Gorlach、Alexey Slobozhanyuk(均為ITMO)和Dmitry Filonov(莫斯科物理與技術(shù)學(xué)院光子學(xué)和二維材料中心)。研究繼續(xù)擴展捕捉可見光和紅外光的新方法，這將進一步擴大該發(fā)現(xiàn)的可能應(yīng)用范圍。

光子拓撲絕緣體實現(xiàn)了對缺陷和無序具有彈性的拓撲邊界模式，而與制造精度無關(guān)，此屬性稱為拓撲保護。雖然最初僅限于比拓撲絕緣子低1的模態(tài)維數(shù)，但新發(fā)現(xiàn)的高階拓撲絕緣子(HOTI)在更大維數(shù)范圍內(nèi)提供拓撲保護。在新介紹了一種具有Kagome晶格的光子HoTI，它表現(xiàn)出拓撲體偏振，導(dǎo)致一維邊緣態(tài)的出現(xiàn)，以及限制在結(jié)構(gòu)拐角的高階零維態(tài)出現(xiàn)。

有趣的是，除了近鄰相互作用引起的角態(tài)外，還發(fā)現(xiàn)了一類新的由長程相互作用引起、專用于光子系統(tǒng)的拓撲角態(tài)。研究結(jié)果表明，光子HOTI比凝聚態(tài)具有更豐富的物理特性，為設(shè)計具有獨特拓撲穩(wěn)健性的新型設(shè)計者電磁態(tài)提供了機會。

博科園｜研究/來自：紐約城市學(xué)院

參考期刊《自然光子學(xué)》

DOI: 10.1038/s41566-019-0561-9

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