No trabalho que fornece insights para várias áreas da física das ondas, incluindo eletromagnetismo de Maxwell, estados quânticos topológicos, e plasmônicos / metamateriais, os cientistas mostraram que as ondas eletromagnéticas de superfície bem conhecidas em interfaces entre meios isotrópicos homogêneos, obtido dentro do eletromagnetismo clássico de Maxwell, também têm uma origem puramente topológica, semelhantes aos estados topológicos quânticos.

Teoria eletromagnética de Maxwell, que foi formulado há 150 anos, foi um dos maiores avanços da física. Uniu eletricidade e magnetismo, forneceu uma descrição final das ondas eletromagnéticas, incluindo luz, e a relatividade antecipada e as teorias de campo do século XX. Mais recentemente, mais de 60 anos atrás, os cientistas descobriram que a radiação eletromagnética não só pode se propagar no espaço livre, mas também pode formar ondas de superfície nas interfaces entre os meios de comunicação, como entre metais e ar ou vidro. Isso resultou no desenvolvimento de plasmônicos e metamateriais, onde ondas eletromagnéticas de superfície sustentam uma série de fenômenos e aplicações úteis.

Outra área da física moderna onde as ondas de superfície desempenham um papel crucial são os sistemas quânticos topológicos, que são muito robustos contra pequenas perturbações e deformações contínuas. A descoberta de fases topológicas não triviais em sistemas quânticos de matéria condensada e a existência de modos de superfície topológicos em interfaces entre materiais topologicamente diferentes resultaram no Prêmio Nobel de Física em 2016.

Agora, em um artigo publicado em Nature Communications , cientistas do RIKEN Cluster for Pioneering Research in Japan demonstraram que as bem conhecidas ondas eletromagnéticas de superfície em interfaces entre meios isotrópicos homogêneos, obtido dentro do eletromagnetismo clássico de Maxwell, também têm uma origem puramente topológica, semelhantes aos estados topológicos quânticos.

Esta nova abordagem ilumina a origem das ondas eletromagnéticas de superfície e explica por que essas ondas aparecem em interfaces onde um dos parâmetros do meio (permissividade dielétrica ou permeabilidade magnética) muda seu sinal. Além disso, o número de modos de superfície é determinado pelo número de parâmetros do meio em massa mudando seus sinais na interface, que é chamada de "correspondência limite em massa" no formalismo topológico.

Konstantin Bliokh diz, "Há uma diferença crucial entre a descrição topológica das ondas de Maxwell de superfície e os modos de superfície topológicos conhecidos. Até agora, propriedades topológicas e classificação de vários sistemas de ondas basearam-se nas propriedades matemáticas do Hamiltoniano (ou seja, de energia) que caracteriza o sistema. Em contraste, as propriedades topológicas das ondas de Maxwell são descritas pelo chamado operador de helicidade, que caracteriza a quiralidade - ou lateralidade - de ondas eletromagnéticas circularmente polarizadas. Assim, nossa teoria também estende a gama de aplicabilidade da abordagem topológica a outros sistemas de ondas. Mostra que a classificação topológica pode ser associada não apenas com o hamiltoniano, mas também com outros operadores correspondentes a quantidades físicas conservadas. "

Franco Nori diz, "Nosso trabalho oferece uma nova reviravolta e percepções para várias áreas da física das ondas:eletromagnetismo de Maxwell, estados quânticos topológicos, e plasmônicos / metamateriais. "