Первый топологический квантовый симулятор в режиме сильного взаимодействия света с веществом, работающий при комнатных температурах.

Важные новости

«Первый

Рендеринг фотонного топологического изолятора, разработанного в ходе исследования. Фото: Политехнический институт Ренсселера

Исследователи Политехнического института Ренсселера изготовили устройство шириной не более человеческого волоса, которое поможет физикам исследовать фундаментальную природу материи и света. Их выводы опубликованы в журнале Nature Nanotechnology., также может способствовать разработке более эффективных лазеров, которые используются в различных областях, от медицины до производства.

Устройство изготовлено из особого вида материала, называемого фотонным топологическим изолятором. Фотонный топологический изолятор может направлять фотоны, волнообразные частицы, составляющие свет, к границам раздела, специально разработанным внутри материала, а также предотвращать рассеяние этих частиц через сам материал.

Благодаря этому свойству топологические изоляторы могут заставить множество фотонов когерентно действовать как один фотон. Устройства также можно использовать в качестве топологических «квантовых симуляторов», миниатюрных лабораторий, где исследователи могут изучать квантовые явления — физические законы, управляющие материей в очень малых масштабах.

«Созданный нами фотонный топологический изолятор уникален. Он работает при комнатной температуре. Это большое достижение. Раньше исследовать этот режим можно было только с помощью большого и дорогого оборудования, которое переохлаждает вещество в вакууме. Многие исследовательские лаборатории не имеют доступа к этому типу оборудования, чтобы наше устройство могло позволить большему количеству людей проводить такого рода фундаментальные физические исследования в лаборатории», — сказал Вэй Бао, доцент кафедры материаловедения и инженерии RPI и старший автор исследования. /p>

«Это также многообещающий шаг вперед в разработке лазеров, которым требуется меньше энергии для работы, поскольку порог нашего устройства для работы при комнатной температуре — количество энергии, необходимое для его работы — в семь раз ниже, чем раньше. разработал низкотемпературные устройства», — добавил Бао.

Исследователи RPI создали свое новое устройство с использованием той же технологии, которая используется в полупроводниковой промышленности для изготовления микрочипов, которая предполагает наложение слоев различных материалов, атом за атомом, молекулу за молекулой, для создания желаемой структуры с определенными свойствами.

< р>Чтобы создать свое устройство, исследователи вырастили ультратонкие пластины галогенидного перовскита, кристалла, состоящего из цезия, свинца и хлора, и вытравили поверх полимера узор. Они поместили эти кристаллические пластины и полимер между листами различных оксидных материалов, в конечном итоге образовав объект толщиной около 2 микрон и длиной и шириной 100 микрон (ширина среднего человеческого волоса составляет 100 микрон).

Когда исследователи осветил устройство лазерным лучом, на интерфейсах, спроектированных в материале, появился светящийся треугольный узор. Эта закономерность, продиктованная конструкцией устройства, является результатом топологических характеристик лазеров.

«Возможность изучать квантовые явления при комнатной температуре — захватывающая перспектива. Инновационная работа профессора Бао показывает, как инженерия материалов может помочь мы ответим на некоторые из самых важных вопросов науки», — сказал Шекхар Гарде, декан Инженерной школы RPI.

Дополнительная информация: Топологическая конденсация поляритонов Вэлли-Холла, Природные нанотехнологии (2024 г.). DOI: 10.1038/s41565-024-01674-6

Информация журнала: Природные нанотехнологии

Предоставлено Политехническим институтом Ренсселера

Новости сегодня

Последние новости