WPI-MANA-onderzoekers leiden topologische fotonische toestanden af ​​puur op basis van silicium, die kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe functies en apparaten door integratie met halfgeleiderelektronica

Topologie is een wiskundig concept dat de manier van verbinding beschrijft van een object dat invariant is onder continue vervorming. Onlangs, er is op gewezen dat topologie ook kan worden gedefinieerd in de elektronische toestanden van materialen, en dit levert een uniform en bruikbaar beeld op voor natuurkundigen die de unieke eigenschappen van materialen beschrijven.

Gebaseerd op een nieuwe benadering die ze "topologische nanoarchitectonics, " Xiao Hu en Long-Hua Wu, die theoretici zijn bij het International Centre for Materials Nanoarchitectonics (MANA), Nationaal Instituut voor Materiaalkunde (NIMS), verduidelijkte een nieuw principe dat ervoor zorgt dat elektromagnetische golven inclusief licht zich op de rand in een tweedimensionaal fotonisch kristal voortplanten zonder te worden verstrooid.

Het was bekend dat verstrooiing van licht door defecten in conventionele fotonische kristallen kan worden onderdrukt in topologische fotonische toestanden, maar tot nu toe waren er speciale materialen nodig om topologische fotonische kristallen te maken. Echter, de MANA-onderzoekers een nieuw principe ontdekten dat het mogelijk maakt om een ​​topologisch fotonisch kristal te realiseren door alleen de posities van isolator of halfgeleider nanostaafjes in een honingraatrooster aan te passen, zonder speciaal materiaal of ingewikkelde structuur te gebruiken. Wanneer hexagonale clusters worden gevormd door de posities van nanostaafjes aan te passen, elektromagnetische modi die spin dragen, die conventioneel specifiek is voor elektronen, verschijnen. Als resultaat, de MANA-onderzoekers hebben theoretisch verduidelijkt dat een fotonisch kristal topologische eigenschappen vertoont wanneer de scheiding tussen hexagonale clusters kleiner wordt dan die van het honingraatrooster.

Aangezien deze nieuwe eigenschap van een fotonisch kristal zelfs door halfgeleiders zoals siliconen en/of GaN alleen kan worden verkregen, verschillende nieuwe functies worden verwacht door integratie van informatieverwerkingsfuncties die worden bereikt door de gevestigde halfgeleiderelektronica en de uitstekende topologische eigenschap van elektromagnetische golven.