Voor de eerste keer, natuurkundigen hebben een unieke topologische isolator gebouwd waarin optische en elektronische excitaties hybridiseren en samenvloeien. Ze melden hun ontdekking in Natuur .

Topologische isolatoren zijn materialen met zeer bijzondere eigenschappen. Ze geleiden elektriciteit of lichtdeeltjes alleen op hun oppervlak of randen, niet het interieur. Deze ongebruikelijke eigenschap zou kunnen zorgen voor technische innovaties, en topologische isolatoren zijn al enkele jaren het onderwerp van intensief wereldwijd onderzoek.

Natuurkundigen van Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) in Beieren, Duitsland, met collega's van de Technion in Haifa, Israël, en Nanyang Technological University in Singapore hebben hun ontdekking gerapporteerd in het tijdschrift Natuur . Het team heeft de eerste "exciton-polariton topologische isolator gebouwd, " een topologische isolator die tegelijkertijd met zowel licht als elektronische excitaties werkt.

Professor Sven Höfling, die de JMU-leerstoel voor toegepaste natuurkunde leidt, zegt dat dergelijke topologische isolatoren een dubbel voordeel hebben:"Ze kunnen worden gebruikt voor zowel geschakelde elektronische systemen als lasertoepassingen." De eerder ontwikkelde topologische isolatoren zijn gebaseerd op elektronen of alleen fotonen.

Dr. Sebastian Klembt, groepsleider bij de leerstoel van Höfling, een leidende rol gespeeld in het project. Hij geeft meer details:"De nieuwe topologische isolator is gebouwd op een microchip en bestaat in wezen uit de galliumarsenide-halfgeleiderverbinding. Het heeft een honingraatstructuur en bestaat uit vele kleine pilaren, elke twee micrometer (twee miljoenste van een meter) in diameter."

Voortplantingsrichting kan worden gecontroleerd;

Wanneer deze microstructuur wordt opgewonden met laserlicht, daarin vormen zich lichte materiedeeltjes, uitsluitend aan de randen. De deeltjes reizen dan met relatief weinig verlies langs de randen en om de hoeken. "Een magnetisch veld stelt ons in staat om de voortplantingsrichting van de deeltjes te controleren en om te keren, ' zegt Klembt.

Het is een uitgekiend systeem dat toepassingsgericht werkt op een microchip en waarin licht gestuurd kan worden. Gebruikelijk, dit is moeilijk te bereiken:zuivere lichtdeeltjes hebben geen elektrische lading en kunnen daarom niet gemakkelijk worden gecontroleerd met elektrische of magnetische velden. De nieuwe topologische isolator kan dit doen door "licht om de hoek te sturen, " bij wijze van spreken.