Ánh sáng không chỉ đóng vai trò quan trọng như một vật mang thông tin cho chip máy tính quang học, đặc biệt là cho thế hệ máy tính lượng tử tiếp theo. Hướng dẫn không bị mất của nó xung quanh các góc sắc nét trên các chip nhỏ và kiểm soát chính xác sự tương tác của nó với ánh sáng khác là trọng tâm của nghiên cứu trên toàn thế giới. Các nhà khoa học tại Đại học Paderborn hiện đã chứng minh được sự giới hạn không gian của sóng ánh sáng tới một điểm nhỏ hơn bước sóng trong một tinh thể quang tử tôpô. Đây là những vật liệu điện từ nhân tạo tạo điều kiện thuận lợi cho việc điều khiển ánh sáng một cách mạnh mẽ. Ví dụ, trạng thái được bảo vệ bởi các thuộc tính đặc biệt và rất quan trọng đối với các chip lượng tử. Các phát hiện hiện đã được công bố trên Science Advances .
Các tinh thể tôpô hoạt động trên cơ sở các cấu trúc cụ thể, các đặc tính của chúng phần lớn vẫn không bị ảnh hưởng bởi sự xáo trộn và sai lệch. Trong khi trong tinh thể quang tử bình thường, các hiệu ứng cần thiết cho thao tác ánh sáng rất mỏng manh và có thể bị ảnh hưởng bởi các khuyết tật trong cấu trúc vật liệu, ví dụ, trong tinh thể quang tử tôpô, các điều kiện được bảo vệ khỏi điều này. Các cấu trúc tôpô cho phép các đặc tính như truyền ánh sáng một chiều và tăng cường độ mạnh cho các photon dẫn đường, những tính năng rất quan trọng đối với các công nghệ dựa trên ánh sáng trong tương lai.
Tinh thể quang tử ảnh hưởng đến sự lan truyền của sóng điện từ với sự trợ giúp của một vùng cấm quang học đối với các photon, ngăn chặn sự chuyển động của ánh sáng theo những hướng nhất định. Hiện tượng tán xạ thường xảy ra — một số photon bị phản xạ trở lại, trong khi những photon khác bị phản xạ đi. “Với trạng thái ánh sáng tôpô trải dài một loạt các tinh thể quang tử, bạn có thể ngăn chặn điều này. Trong các sợi và ống dẫn sóng quang học thông thường, phản xạ ngược đặt ra một vấn đề lớn vì nó dẫn đến phản hồi không mong muốn. Suy hao trong quá trình lan truyền cản trở sự tích hợp quy mô lớn trong chip quang , trong đó các photon chịu trách nhiệm truyền thông tin. Với sự trợ giúp của các tinh thể quang tử tôpô, có thể đạt được các ống dẫn sóng một hướng mới để truyền ánh sáng mà không có bất kỳ phản xạ ngược nào, ngay cả khi có rối loạn lớn tùy ý ”
Khái niệm này, có nguồn gốc từ vật lý trạng thái rắn, đã dẫn đến nhiều ứng dụng, bao gồm truyền ánh sáng mạnh, đường trễ tôpô, laser tôpô và giao thoa lượng tử. “Gần đây, người ta cũng chứng minh rằng các tinh thể quang tử tôpô dựa trên cấu trúc liên kết yếu với sự lệch tinh thể trong cấu trúc tuần hoàn cũng thể hiện những tính chất đặc biệt này và cũng hỗ trợ những gì được gọi là trạng thái ánh sáng cục bộ mạnh mẽ được bảo vệ về mặt cấu trúc liên kết. Khi một thứ gì đó được bảo vệ về mặt cấu trúc liên kết, Zentgraf cho biết thêm. Trong ngữ cảnh này,
Trong một thí nghiệm chung, các nhà nghiên cứu từ Đại học Paderborn và Đại học RWTH Aachen đã sử dụng một kính hiển vi quang học trường gần đặc biệt để chứng minh sự tồn tại của trạng thái ánh sáng cục bộ mạnh như vậy trong các cấu trúc tôpô. Tiến sĩ Jinlong Lu giải thích: “Chúng tôi đã chỉ ra rằng tính linh hoạt của cấu trúc liên kết yếu có thể tạo ra một trường quang cục bộ không gian mạnh mẽ trong một sự sai lệch cấu trúc có chủ ý. sinh viên trong nhóm của Zentgraf và là tác giả chính của bài báo. Zentgraf cho biết thêm: “Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy một chiến lược khả thi để đạt được trạng thái không chiều được bản địa hóa, được bảo vệ về mặt cấu trúc liên kết đối với ánh sáng. Với công trình nghiên cứu của mình, các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng kính hiển vi trường gần là một công cụ có giá trị để mô tả các cấu trúc tôpô với độ phân giải kích thước nano ở tần số quang học.”
Các phát hiện cung cấp cơ sở cho việc sử dụng các trạng thái ánh sáng quang cục bộ mạnh dựa trên cấu trúc liên kết yếu. Do đó, các vật liệu thay đổi pha có chiết suất có thể điều chỉnh được cũng có thể được sử dụng cho các cấu trúc nano được sử dụng trong thí nghiệm để tạo ra các nguyên tố quang tử tôpô mạnh mẽ và hoạt động. Zentgraf cho biết: “Chúng tôi hiện đang nghiên cứu các khái niệm để trang bị cho các trung tâm lệch vị trí trong cấu trúc tinh thể với các bộ phát lượng tử đặc biệt để tạo ra một photon đơn một vai trò quan trọng. “
Theo Phys.
