[ad_1]
(Noticias de Nanowerk) Investigadores de la Universidad de Rostock y Technion Haifa han creado el primer aislador topológico tridimensional para la luz. Una dislocación de hélice colocada juiciosamente permite que las señales ópticas se envuelvan alrededor de la superficie de una rejilla sintética mientras permanecen protegidas contra la dispersión.
Su descubrimiento fue publicado recientemente en la revista Naturaleza («Aislante topológico fotónico inducido por una dislocación en tres dimensiones»).
![Primer aislador topológico 3D para luz: una dislocación de tornillo permite el transporte de luz protegido topológicamente en tres dimensiones](https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/id61553_1.jpg)
Los cristales han fascinado a la gente durante miles de años con su belleza visual y sus elegantes formas simétricas y, más recientemente, con sus numerosas aplicaciones tecnológicas. Básicamente, estos materiales se basan en una disposición muy regular de sus componentes más pequeños, y las propiedades físicas de los materiales cristalinos dependen en gran medida de la pureza de su red subyacente.
Sin embargo, las imperfecciones no son necesariamente dañinas. Por ejemplo, una dispersión de átomos de grupos vecinos en la tabla periódica puede convertir bloques inertes de silicio cristalino en poderosos procesadores electrónicos que rutinariamente realizan miles de millones de operaciones por segundo, así como células solares altamente eficientes que pueden convertir la luz solar en electricidad.
Resulta que el concepto de sistemas discretos no se limita a los sólidos, ya que el mismo marco matemático subyacente también describe la evolución de la luz en las redes de las llamadas guías de ondas. Estos «cables para la luz» han fascinado durante mucho tiempo al Prof. Alexander Szameit de la Universidad de Rostock.
“Todo niño sabe que la luz viaja en línea recta. En el mejor de los casos, puede reflejarse en un espejo o desviarse en cierto ángulo cuando ingresa a un bloque de vidrio o atraviesa una lente”, dice el jefe del grupo de óptica de estado sólido, al describir la experiencia diaria con la óptica. «Nunca deja de sorprenderme que la luz pueda fijarse en ciertas trayectorias y canalizarse entre ellas como electrones en un cristal», continúa, describiendo los fundamentos de la investigación de su grupo.
De esta forma, las matrices de guías de ondas pueden reflejar muchas facetas de la física del estado sólido e incluso producir efectos completamente nuevos y estructuras funcionales novedosas.
Para su último avance, los físicos de Rostock se han asociado con colegas del Technion Haifa (Israel) y la Universidad de Zhejiang (China) para construir un material óptico artificial previamente difícil de alcanzar: un aislador topológico tridimensional (TI) para la luz.
«Los aisladores topológicos son una nueva fase de la materia y solo se conocen desde hace unas pocas décadas», destaca el autor, el Dr. Lukas Maczewsky los antecedentes de este trabajo. «Sus contrapartes fotónicas pueden dirigir la luz alrededor de defectos y esquinas afiladas mientras la protegen de la dispersión».
Sin embargo, la luz viaja a velocidades increíbles y las plataformas fotónicas tradicionales normalmente tienen que sacrificar al menos una de las tres dimensiones espaciales para controlar el comportamiento de la luz en las restantes. En consecuencia, los experimentos previos sobre TI fotónicos se han limitado a matrices unidimensionales y planas.
La solución elegante que encontró el equipo de investigación para superar estas limitaciones combina el concepto de dimensiones sintéticas con un tipo específico de defecto, la llamada «dislocación de tornillo». Este defecto ingeniosamente colocado conecta continuamente los planos de celosía individuales haciéndolos girar alrededor de un eje central como un sacacorchos.
Coautor y Ph.D. El estudiante Julius Beck explica: «Al igual que transformar una pila suelta de anillos en una espiral perfectamente conectada, este defecto intencional nos permitió crear el primer aislador topológico 3D para la luz».
Esta exitosa cooperación internacional, que se está llevando a cabo en el marco del área de investigación especial «LiMatI» recientemente fundada en la Universidad de Rostock, ha avanzado significativamente en la investigación básica sobre fotónica topológica. Si bien quedan desafíos abrumadores antes de que estos hallazgos lleguen a los productos de consumo, el último desarrollo de los físicos tiene un gran potencial para una amplia gama de aplicaciones innovadoras, como circuitos topológicos tridimensionales compactos para la luz y una nueva clase de materiales ópticos funcionalizados con propiedades personalizadas. .
[ad_2]