Topologische fotonica is een opkomend gebied dat ongekende mogelijkheden biedt voor het regelen van de lichtstroom in fotonische geïntegreerde schakelingen. Met de introductie van niet-triviale topologische fasen is eenrichtingsverkeer voor licht haalbaar in fotonische kristallen (PhC's) en andere platforms. Net als een strak gereguleerde eenrichtingsverkeerstrook, kan licht niet worden teruggekaatst in deze exotische structuren.

Een dergelijk eenrichtingstransport van licht op zichtbare en nabij-infrarode golflengten is echter mogelijk niet robuust tegen sterke fabricagefouten vanwege onvoldoende topologische bescherming. Bovendien belemmeren slechte modus opsluiting en beperkte bandbreedte de toekomstige ontwikkeling van topologische fotonische geïntegreerde schakelingen met hoge dichtheid.

Om deze problemen op te lossen, in een recente studie gepubliceerd in ACS Photonics , Liu Tianji van het Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics and Physics (CIOMP) van de Chinese Academy of Sciences, in samenwerking met Satoshi Iwamoto van de University of Tokyo en Yasutomo Ota van de Keio University, numeriek de bovenstaande 1000-voudige vergroting van topologische bandgaps in epsilon-near-zero (ENZ) magneto-optische (MO) PhC's in vergelijking met eerder gerapporteerde resultaten.

De voorgestelde tweedimensionale MO-PhC is samengesteld uit driehoekige MO-prisma's met een honingraatrooster ingebed in een siliciumplaat. Met een aangelegd magnetisch veld worden niet-triviale topologische eigenschappen verleend aan de openende fotonische bandgaps. Over het algemeen is de topologische spleetgrootte extreem klein bij zichtbare en nabij-infrarode golflengten, vanwege de zeer zwakke reacties in natuurlijk voorkomende MO-materialen.

Omgekeerd kunnen MO-reacties worden verbeterd door diagonale permittiviteitsconstante elementen van MO-materialen te verminderen met behulp van kunstmatige metamaterialen. In een extreem geval leiden MO-PhC's met ENZ diagonale permittiviteitselementen tot een grote vergroting van de topologische spleetgroottes.

Met de combinatie van twee ENZ-MO-PhC's met tegengestelde magnetisatie werd een eenrichtingsstraat voor licht gebouwd. Unidirectioneel en terugverstrooiend immuuntransport van licht werd numeriek verkregen op het grensvlak tussen twee PhC's. En de transportprestaties waren onveranderd, zelfs met grote defecten en scherpe bochten. + Verder verkennen

Onderzoek naar de topologische toestand van fotonische kristallen voorbij de optische diffractielimiet