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研究人员开发了非线性诱导拓扑绝缘子

2020-11-16 15:50   来源: 互联网    浏览次数:3852

罗斯托克大学的研究人员开发了新型的非线性光子电路,在这种电路中,强光束可以定义自己的路径,从而不受外部干扰的影响。这一发现最近发表在著名的《科学》杂志上。


“光子是不规则的光束,”Alexander szameit教授解释说,他的团队进行了开创性的实验一旦我们试图把它们带到时空中的某个特定地点,它们就会立即再次向各个方向扩散。”事实上,几百年来,人们一直致力于通过各种方法来塑造光的流动:透镜和曲面镜可以将来自太阳的光近距离聚焦。强激光产生相干光束和短脉冲强光。光纤电缆在万维网上传输大量的光编码数据。然而,光波是令人惊讶的微妙的实体:透镜上的小裂缝、激光束中的尘埃漂移或光纤中的扭结,都会打乱将光转化为人类有史以来最灵活的工具的复杂机制。

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电子拓扑绝缘体-在其内部不导电,但同时沿表面具有完美导电性的固体-劳伦斯·莫伦坎普和他的团队于2007年在维尔茨堡大学首次实现了这种绝缘体。它们的光子对应物吸引了萨梅特教授很长一段时间。”自从我们第一次实现光的拓扑绝缘体以来,我们一直试图探索如何使用这些特殊的系统,”这位物理学家回忆道,尽管光子拓扑绝缘体可以引导光沿着精确定义的路径前进,而且他们的设计基于一个数学框架,使得他们比以往任何时候都更能抵抗缺陷或外部干扰,这些流行的特性也构成了一个巨大的障碍。合著者马蒂亚斯·海因里希博士总结道:“光脉冲一旦注入到一个拓扑通道中,就不会受到散射损耗的影响,但这种绝缘实际上使我们几乎不可能在不离开保护环境的情况下控制它们。”。


当然,从纸面上看,解决办法似乎显而易见。”原则上,这很容易。您只需要一个开关,您可以自由翻转开关,在两个光脉冲之间立即改变系统的拓扑特性。”萨梅特讽刺地说。然而,其拓扑结构与波导电路的物理布局密切相关,超短激光脉冲的测量单位是飞秒(百万分之一秒的十亿分之一),即使是最快的电子调制器也达不到许多数量级。


一组年轻的研究人员与罗斯托克大学、巴塞罗那ICFO、里斯本大学和莫斯科科学技术学院的理论家们密切合作,找到了让光决定是保护拓扑结构还是像在传统介质中那样行为的方法。卢卡斯·麦泽夫斯基博士详细阐述了“光脉冲的行为可能因其峰值强度的不同而有根本的不同”。学生和作品的主要作者。”非线性是一个令人难以置信的词:在光子学中,有时2加2实际上大于4。”罗斯托克大学物理研究所实验室经过两年的深入研究和无数小时的研究,这些努力得以实现。


非性诱导拓扑绝缘体(新型的合成材料)允许具有一定阈值强度的光脉冲在其附近建立一个瞬态拓扑域。自诩为《星际迷航》的fan szameit生动地描述了这一复杂的物理过程:“就像美国企业号(USS Enterprise)升起护盾一样,自生的保护茧会跟随光脉冲,沿着自己选择的路径进行保护。”


它极大地推动了量子光学领域国际合作的发展,尤其是量子光学领域在光学绝缘体领域。在将这些元件组装成可用的光学量子计算机之前,还有几个挑战需要解决,而光学量子计算机是世界各地组织所追求的圣杯。然而,物理学家的最新发现为许多创新应用带来了广阔的前景,如拓扑保护的全光信号处理和自我改进的光子神经网络。考虑到快速的发展,这些现在看起来像科幻小说的想法很快就会变成现实。


责任编辑:无量渡口
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