A fotônica topológica sustenta um paradigma promissor para a manipulação robusta da luz, bem como design inteligente de dispositivos ópticos com confiabilidade aprimorada e funcionalidades avançadas que são regidas pela topologia de banda não trivial. Nanoestruturas feitas de materiais dielétricos de alto índice com elementos ressonantes e arranjos de rede mostram uma promessa especial para a implementação da ordem topológica da luz em nanoescala e aplicações ópticas no chip. Os dielétricos de alto índice, como os semicondutores III-V, que podem conter um forte ganho óptico ainda mais aprimorado pela localização do campo topológico, formam uma plataforma promissora para nanofotônicos topológicos ativos.

Em um novo artigo publicado em Ciência leve e aplicação , uma equipe de cientistas, liderado por Yuri Kivshar da Australian National University e Hong-Gyu Park da Korea University, e colegas de trabalho implementaram cavidades nanofotônicas em uma membrana InGaAsP nanopadronizada incorporando poços quânticos semicondutores III-V. As nanocavidades exibem um análogo fotônico do efeito Hall do vale. Os pesquisadores demonstraram o lasing de baixo limiar em temperatura ambiente de um modo de cavidade hospedado dentro do bandgap topológico da estrutura.

A imagem SEM da estrutura fabricada e os resultados experimentais são mostrados na imagem. A cavidade é baseada na parede do domínio Hall do vale fechado, criada pela inversão dos tamanhos de nanoholes escalonados em uma estrutura em favo de mel bipartida. Na faixa de frequência de bandgap topológica, a cavidade suporta um espectro quantizado de modos confinados à parede do domínio. As imagens mostram perfis de emissão no espaço real abaixo e acima do limite.

Os cientistas explicam:

"Em experimento, primeiro observamos a emissão espontânea da cavidade. O perfil de emissão mostra o aumento ao longo de todo o perímetro da cavidade triangular associado aos estados de borda. Ao aumentar a potência da bomba, observamos uma transição de limiar para lasing com uma largura de linha estreita, onde a emissão fica confinada nos três cantos. "

Quando dois pontos são isolados, a coerência da emissão é confirmada por franjas de interferência observadas nos padrões de radiação de campo distante medidos. Um canto isolado emite um feixe em forma de rosquinha carregando uma singularidade. Essas descobertas constituem uma etapa das fontes de luz ultrafina topologicamente controladas com características de radiação não triviais. Os pesquisadores prevêem:

"A plataforma totalmente dielétrica proposta é uma promessa para o projeto versátil de metassuperfícies topológicas ativas com fontes de luz integradas. Essas nanocavidades topológicas têm um vasto potencial para avanços em nanofotônica não linear, nanolasing de baixa potência e eletrodinâmica quântica de cavidade. "