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首個三維光學拓撲絕緣體問世

2019-01-11 09:13來源﹕科技日報

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  科技日報杭州1月10日電 (記者江耘實習生洪恆飛)光沿直線傳播﹐這是很常識的一句話。但﹐科學家有辦法讓光拐彎。浙江大學和新加坡南洋理工大學的科學家合作構建出世界上首個三維光學拓撲絕緣體﹐在三維材料的“高速公路”上﹐一束光跑出了“Z”字形。10日凌晨﹐該成果在《自然》雜誌發表。

  拓撲絕緣體是一種表面導電﹐內部絕緣的材料。電子在芯片裡的運動﹐就像一輛輛跑車在集市裡行駛﹐不斷地碰撞﹐產生熱量。拓撲絕緣體就像為電子建立了高速公路﹐讓電子在一條條“單向車道”上運行。

  受到拓撲絕緣體的啟發﹐科學家提出了光學拓撲絕緣體﹐試圖將拓撲絕緣體的神奇特性拓展到光學系統。而在此前﹐光學拓撲絕緣體的實驗研究長期局限於二維空間。

  對此﹐科研人員設計了一種由多個開口諧振器構成的單元結構﹐具有很強的電磁雙各向異性特性﹐是寬頻帶三維光學拓撲絕緣體實驗得以成功的關鍵。

  最終﹐聯合課題組首次實現了三維光學拓撲絕緣體﹐它具有寬頻帶拓撲能隙。這種三維光學拓撲絕緣體﹐可以用印刷電路板技術製作完成。經課題組驗證﹐由於表面光子受到該材料的拓撲保護﹐光子在傳輸過程中﹐不被雜質﹑缺陷或者拐角影響﹐成功避免了光因發生散射導致信息耗散的問題。

  “這項研究或可應用於三維拓撲光學集成電路﹑拓撲波導﹑光學延遲線﹑拓撲激光器以及其他表面電磁波的調控器件。”浙江大學信息與電子工程學院教授陳紅勝說﹐對其它波色子系統(如聲子及冷原子等)中三維拓撲絕緣體的實現也將有所啟發。

  這或許是人類向光子芯片﹑光子計算機邁出的一步。未來﹐在微小的光子芯片裡﹐光攜帶著信息在縱橫交錯的高速公路上奔跑﹐創造著更快更好的世界。

[責編﹕張佳興]

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