Лазерный мир

Коллектив фронтирной лаборатории «Исследование фундаментальной физики с помощью топологических метаматериалов» ИТМО предложил новый подход к созданию фотонных топологических структур. Идея работы — в управлении топологическими свойствами за счет взаимной ориентации метаатомов. В статье, опубликованной в журнале Laser & Photonics Reviews, физики теоретически и экспериментально продемонстрировали топологические краевые и угловые состояния. Эти результаты позволяют сделать еще один шаг в сторону использования топологических структур в фотонных метаустройствах.

Фотонные топологические изоляторы — искусственно созданные кристаллические структуры, проводящие свет по краям, но не пропускающие его в объем. Также они устойчивы к дефектам структуры. Первые конструкции таких изоляторов требовали использования магнитного поля, что осложняло эксперименты. Современные же фотонные топологические структуры не требуют приложения внешнего магнитного поля, а опираются лишь на подбор определенной геометрии кристаллической решетки.

Известный пример подобной структуры ― массив электромагнитных рассеивателей (например кремниевых наноцилиндров), составляющих решетку графена. Если немного изменить геометрию такой кристаллической решетки, то в определенной области частот свет будет распространяться по краю структуры, огибая все препятствия и острые углы без рассеяния назад. Аналогичными свойствами обладает и кристаллическая решетка кагоме ― название она получила от японского способа лозоплетения. В 2020 году группа ученых ИТМО и Городского университета Нью-Йорка обнаружила, что такая структура поддерживает состояния света не только локализованные на краях, но и на углах.

«На сегодня у фотонных топологических структур есть ряд применений: это топологические волноводы, в которых свет не рассеивается на изгибах, топологические резонаторы с собственной частотой, защищенной от дефектов, и топологические лазеры. Возможность гибкой перестройки свойств топологических структур, показанная нашей командой — это важный шаг на пути к использованию фотонной топологии в будущих метаустройствах», — комментирует руководитель фронтирной лаборатории «Исследование фундаментальной физики с помощью топологических метаматериалов», ведущий научный сотрудник ИТМО и автор статьи Максим Горлач.

Источник: https://news.itmo.ru/ru/science/photonics/news/12841/