People's Daily Online, Beijing, 10 de enero (Li Yihuan) Recientemente, el grupo de investigación de Chen Hongsheng, profesor de la Escuela de Ingeniería Electrónica y de la Información de la Universidad de Zhejiang, desarrolló con éxito la primera óptica tridimensional. Aislador topológico, extendiendo el aislante topológico tridimensional del sistema de fermiones. Con el sistema de bosones, se espera mejorar en gran medida la eficiencia de transmisión de fotones en guías de ondas. Los resultados de la investigación se publicaron oficialmente hoy en la revista Nature.
Esta investigación fue completada conjuntamente por el grupo de investigación del profesor Chen Hongsheng de la Universidad de Zhejiang y el grupo de investigación de los profesores Baile Zhang y Yidong Chong de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur de la Escuela Ph.D. de Ingeniería Electrónica y de la Información de la Universidad de Zhejiang fue el primer autor del artículo. El primer autor, Chen Hongsheng, y los profesores Baile Zhang y Zhen Gao son los autores correspondientes, y la Universidad de Zhejiang es la primera unidad que lo completó.
Anteriormente, la investigación sobre aisladores topológicos ópticos tridimensionales todavía estaba en blanco en este campo, y la investigación experimental sobre aisladores topológicos ópticos se limitaba al espacio bidimensional. Se informa que en el espacio bidimensional, cuando las ondas superficiales se propagan, solo existe un estado límite topológico unidimensional. Cuando las ondas superficiales se propagan en aisladores topológicos ópticos tridimensionales, sus estados superficiales topológicos aparecen como bidimensionales sin masa. Fermiones de Dirac. "La realización experimental de aislantes topológicos ópticos tridimensionales es muy importante y promoverá el desarrollo de este campo emergente", afirmó un crítico anónimo de Nature al evaluar la investigación.
La luz es una onda electromagnética común en la vida. No solo puede propagarse en el aire, sino también en dispositivos de guía de ondas que guían ondas electromagnéticas, o propagarse a lo largo de la interfaz en la interfaz de dos capas de medios. es decir, ondas superficiales. Cuando las ondas electromagnéticas se propagan a través de estas guías de ondas o interfaces de medios, si encuentran defectos, impurezas, giros de la guía de ondas, etc., inevitablemente se dispersarán, lo que provocará una pérdida de energía, lo que reducirá en gran medida la eficiencia de transmisión de la guía de ondas.
Para resolver este problema, durante el proceso de investigación, el Dr. Yang Yihao y otros diseñaron y propusieron inteligentemente una estructura de unidad electromagnética compuesta por múltiples resonadores abiertos. Esta estructura de unidad electromagnética tiene fuertes propiedades electromagnéticas. son la clave para realizar aisladores topológicos ópticos tridimensionales de banda ancha y, en última instancia, verificar con éxito los experimentos.
Según el líder del equipo de investigación, antes de finalizar el aislador topológico óptico tridimensional, el equipo también construyó una plataforma de barrido de campo tridimensional de ondas electromagnéticas basada en las características de los fotones para verificación experimental. Al obtener imágenes de la distribución del campo electromagnético dentro y sobre la superficie del aislante topológico óptico tridimensional y extraer las características de dispersión del modo de onda electromagnética, el equipo de investigación observó con éxito la brecha de energía tridimensional del material en el experimento, así como como el estado de la superficie en forma de un cono de Dirac bidimensional. Estas son las características clave de los aisladores topológicos ópticos tridimensionales.
Además, dado que los fotones de superficie están protegidos topológicamente, el aislante topológico óptico tridimensional se puede utilizar para construir una "autopista" de fotones de modo que los fotones no se vean afectados por impurezas, defectos o esquinas durante la transmisión, o en otras palabras, todo tipo de defectos son "invisibles". Para verificar la teoría anterior, el equipo de investigación verificó experimentalmente que las ondas superficiales pueden pasar por las esquinas en forma de Z sin ningún obstáculo cuando se propagan en la interfaz al obtener imágenes de los estados de la superficie en la superficie curva tridimensional. Este fenómeno muestra que para las ondas superficiales, estas esquinas son como "invisibles", y la capacidad de propagarse eficientemente alrededor de las esquinas se beneficia de las propiedades de protección topológica de los aisladores topológicos ópticos tridimensionales.
Se entiende que el aislante topológico óptico tridimensional obtenido en esta investigación puede ser aplicable a circuitos integrados ópticos topológicos tridimensionales, guías de ondas topológicas, líneas de retardo óptico, láseres topológicos y otros dispositivos de control electromagnético de ondas superficiales. . Dado que el aislante topológico tridimensional se ha extendido del sistema de fermiones al sistema bosónico, se espera que esta investigación inspire la realización experimental de aisladores topológicos tridimensionales en otros sistemas bosónicos (como fonones y átomos fríos), y es importante para la expansión del significado de sistemas de estados topológicos tridimensionales.
Según el responsable, entre los coautores de este trabajo se encuentran los estudiantes de doctorado Zhang Li y He Mengjia de la Universidad de Zhejiang, el profesor asistente Ranjan Singh de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur, y los estudiantes de doctorado Haoran Xue y Zhaoju Yang también hicieron importantes contribuciones en este trabajo.
Este trabajo fue financiado por el Proyecto del Fondo para Jóvenes Destacados de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, el Programa Nacional de Talentos Juveniles Superiores y otros proyectos.