(Topo) Esquema de cristais fotônicos que consistem em nanobastões derivados da estrutura de favo de mel vista de cima, e (abaixo) as bandas fotônicas correspondentes. Os cristais fotônicos são obtidos dividindo os nanobastões vizinhos mais próximos em aglomerados hexagonais, e alargar (a) ou estreitar (c) a separação entre os aglomerados hexagonais da estrutura em favo de mel original (b), mantendo a mesma forma e tamanho dos hexágonos. Em (c), uma inversão de banda ocorre entre as bandas p e d fotônicas, que gera recursos topológicos no sistema. Crédito:Instituto Nacional de Ciência de Materiais
Os pesquisadores do WPI-MANA derivam estados fotônicos topológicos puramente baseados em silício, que pode levar ao desenvolvimento de novas funções e dispositivos por meio da integração com a eletrônica de semicondutores
Topologia é um conceito matemático que descreve a forma de conexão de um objeto invariante sob deformação contínua. Recentemente, foi apontado que a topologia também pode ser definida nos estados eletrônicos dos materiais, e isso fornece uma imagem unificada e útil para os físicos que descrevem as propriedades únicas dos materiais.
Com base em uma nova abordagem que eles apelidaram de "nanoarquitetura topológica, "Xiao Hu e Long-Hua Wu, que são teóricos do Centro Internacional de Nanoarquitetura de Materiais (MANA), Instituto Nacional de Ciência de Materiais (NIMS), elucidou um novo princípio que faz as ondas eletromagnéticas, incluindo a luz, se propagarem na borda em um cristal fotônico bidimensional sem serem espalhadas.
Era sabido que o espalhamento de luz por defeitos em cristais fotônicos convencionais pode ser suprimido em estados fotônicos topológicos, mas, até agora, foram necessários materiais especiais para criar cristais fotônicos topológicos. Contudo, os pesquisadores do MANA descobriram um novo princípio que torna possível realizar um cristal fotônico topológico simplesmente ajustando as posições dos nanobastões isolantes ou semicondutores em uma rede de favo de mel, sem usar nenhum material especial ou estrutura complicada. Quando os clusters hexagonais são formados ajustando as posições dos nanobastões, modos eletromagnéticos transportando spin, que é convencionalmente específico para elétrons, aparecer. Como resultado, os pesquisadores do MANA teoricamente esclareceram que um cristal fotônico exibe propriedades topológicas quando a separação entre os aglomerados hexagonais é reduzida daquela da rede em favo de mel.
Uma vez que esta nova propriedade de um cristal fotônico pode ser obtida até mesmo por semicondutores como silicone e / ou GaN sozinho, várias novas funções são esperadas pela integração de funções de processamento de informações alcançadas pela bem estabelecida eletrônica de semicondutores e a excelente propriedade topológica das ondas eletromagnéticas.
