Dispositivo fabricado e estrutura de banda. (A) Imagem do microscópio eletrônico de varredura do dispositivo, que é composta por duas regiões identificadas por sombreamento azul e amarelo, correspondendo a dois cristais fotônicos com diferentes propriedades topológicas. A interface entre os dois cristais fotônicos suporta estados de borda helicoidal com polarização circular oposta (s + e s–). Acopladores de grade em cada extremidade do dispositivo espalham a luz na direção fora do plano para coleta. (B) Imagem de close-up da interface. Linhas pretas tracejadas identificam uma única célula unitária de cada cristal fotônico. Crédito: Ciência 09 de fevereiro de 2018:Vol. 359, Edição 6376, pp. 666-668, DOI:10.1126 / science.aaq0327
Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Maryland descobriu uma nova maneira de rotear fótons na escala do micrômetro sem espalhar, construindo uma interface de óptica quântica topológica. Em seu artigo publicado na revista Ciência , o grupo descreve sua estrutura fotônica topológica, como funciona, e as maneiras como eles o testaram. Alberto Amo com a Université de Lill na Espanha oferece um breve histórico das tentativas recentes de rotear fótons em uma escala tão pequena e também descreve o trabalho realizado pela equipe da UM.
Como Amo observa, os cientistas gostariam de poder rotear fótons com precisão na escala do micrômetro para criar circuitos ópticos quânticos melhor integrados - uma tendência dos fótons de se espalharem quando encontram curvas e divisores inibiu o progresso. Neste novo esforço, os pesquisadores contornaram esse problema adotando uma nova abordagem - usando uma placa semicondutora com orifícios triangulares dispostos em padrões hexagonais. A laje foi moldada em uma rede de hexágonos, com orifícios triangulares maiores em um lado da laje do que no outro. O roteamento ocorreu onde os dois tipos de hexágonos se encontraram.
A arquitetura da laje criou estados de borda onde dois cristais fotônicos se encontraram - as bandas se tocaram e se cruzaram, produzindo estados de borda com energia entre duas lacunas de banda de cristal, permitindo que um fóton se mova entre eles sem se espalhar. O arranjo dos hexágonos forneceu lacunas de banda lado a lado de um lado da laje para o outro, criando uma espécie de canal para os fótons viajarem. Os fótons foram fornecidos como cortesia de pontos quânticos que foram incorporados em locais de fronteira - disparar um laser nos pontos quânticos fez com que eles gerassem fótons individuais, que então se propagou ao longo de canais sem espalhamento. Fótons de polarização oposta se propagaram em direções opostas.
A chave para construir a estrutura com sucesso era observar o que acontecia quando os pontos quânticos eram excitados com um laser de alta potência - focar a lente em apenas um lado de uma borda fazia com que o fóton emitido na lacuna de banda se propagasse sem se espalhar. Isso levou a equipe a ajustar o tamanho dos orifícios triangulares e sua distância do centro de seus respectivos hexágonos, permitindo a criação dos canais. O trabalho, Amo sugere, é um grande passo em direção à implementação de novos tipos de circuitos ópticos.
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