Een team van onderzoekers van de Universiteit van Maryland heeft een nieuwe manier gevonden om fotonen op micrometerschaal te routeren zonder verstrooiing door een topologische kwantumoptica-interface te bouwen. In hun artikel gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap , de groep beschrijft hun topologische fotonische structuur, hoe het werkt, en de manieren waarop ze het hebben getest. Alberto Amo van de Université de Lill in Spanje biedt een korte geschiedenis van recente pogingen om fotonen op zo'n kleine schaal te routeren en schetst ook het werk van het team van de UM.

Zoals Amo opmerkt, wetenschappers zouden fotonen met precisie op micrometerschaal willen kunnen routeren om beter geïntegreerde kwantum optische circuits te creëren - een neiging van fotonen om te verstrooien wanneer ze worden geconfronteerd met bochten en splitters, heeft de voortgang belemmerd. In deze nieuwe poging de onderzoekers hebben dit probleem omzeild door een nieuwe benadering te kiezen:een halfgeleiderplaat met driehoekige gaten gerangschikt in zeshoekige patronen. De plaat werd gevormd tot een raster van zeshoeken, met grotere driehoekige gaten aan de ene kant van de plaat dan aan de andere. De routing vond plaats waar de twee soorten zeshoeken elkaar ontmoetten.

De architectuur van de plaat creëerde randtoestanden waar twee fotonische kristallen elkaar ontmoetten - de banden raakten elkaar en kruisten elkaar, het produceren van randtoestanden met energie tussen twee kristalbandhiaten, waardoor een foton tussen hen kan bewegen zonder te verstrooien. De opstelling van de zeshoeken zorgde voor bandopeningen naast elkaar van de ene kant van de plaat naar de andere, het creëren van een soort kanaal voor de fotonen om te reizen. Fotonen werden geleverd met dank aan kwantumstippen die waren ingebed op grenslocaties - door een laser op de kwantumstippen af ​​te vuren, veroorzaakten ze individuele fotonen, die zich vervolgens langs kanalen voortplantte zonder verstrooiing. Fotonen met tegengestelde polarisatie plantten zich in tegengestelde richtingen voort.

De sleutel tot het succesvol bouwen van de structuur was opmerken wat er gebeurde toen de kwantumstippen werden geëxciteerd met een krachtige laser - door de lens op slechts één kant van een rand te focussen, zorgde ervoor dat het uitgezonden foton in de bandafstand zich zonder verstrooiing voortplantte. Dat bracht het team ertoe de grootte van de driehoekige gaten en hun afstand tot het midden van hun respectieve zeshoeken te verfijnen, waardoor de kanalen kunnen worden gemaakt. Het werk, Amo stelt voor, is een grote stap in de richting van de implementatie van nieuwe soorten optische schakelingen.

© 2018 Fys.org