A compreensão atual de isoladores topológicos e seus análogos de onda clássicos, como isoladores topológicos fotônicos, é baseado principalmente na teoria de bandas topológicas. Ao contrário disso, Cientistas na China e em Cingapura mostraram experimentalmente isoladores topológicos fotônicos com base em fases amorfas semelhantes ao vidro, para o qual a estrutura de banda está mal definida. A persistência da proteção topológica também está intimamente relacionada à transição vidro-líquido. Essa interação entre topologia e amorfa abre o caminho para novas classes de materiais de bandgap fotônicos topológicos não cristalinos.

O conceito de mudança de paradigma da topologia não revolucionou apenas a física da matéria condensada, mas também abriu um capítulo fundamentalmente novo em fotônica, mecânica, acústica, e muitos outros campos. Em fotônica, "isoladores topológicos fotônicos" (PTIs), os análogos fotônicos de isoladores topológicos eletrônicos, possibilitaram funcionalidades fotônicas emocionantes sem precedentes, como transporte fotônico robusto unilateral e lasers topológicos.

Esses sistemas topológicos, seja baseado em matéria condensada ou fotônica, normalmente derivam suas propriedades topológicas de estruturas de banda com base em redes periódicas. Por outro lado, fases amorfas fotônicas sem redes atômicas periódicas existem amplamente na natureza (por exemplo, copo, polímeros e géis). As propriedades desses sistemas amorfos são determinadas pela conectividade de curto alcance de seus átomos / moléculas, ao invés da periodicidade de longo alcance.

Em um novo artigo publicado em Ciência leve e aplicações , uma equipe de cientistas, liderado pelo Professor Peiheng Zhou e Professor Longjiang Deng da Universidade de Ciência Eletrônica e Tecnologia da China, O professor Yidong Chong e o professor Baile Zhang da Universidade Tecnológica de Nanyang realizaram experimentalmente PTIs amorfos que são variantes não cristalinas de um PTI baseado no número de Chern. Seu estudo demonstra a interação interessante entre topologia e ordem de curto alcance, especialmente durante a transição vítrea. PTIs baseados em números de Chern são o primeiro tipo de PTI já realizado. Seu trabalho é o primeiro a estudar PTIs amorfos usando esse tipo de estrutura fotônica. Eles também descobriram que a extinção dos estados topológicos fotônicos das bordas se refere à transição vítrea. Esses insights podem ser úteis para a realização de isoladores topológicos amorfos em outras configurações físicas, como acústica.

O PTI amorfo consiste em hastes giromagnéticas que são organizadas em padrões de rede amorfa gerados por computador e magneticamente enviesados ​​para quebrar a simetria de reversão do tempo. Ao realizar a transmissão de borda / massa e medições de distribuição de campo próximo para os PTIs em um guia de onda de placa paralela de cobre, a existência de estados de borda topológicos robustos nos PTIs amorfos são verificados experimentalmente antes do início da transição vítrea. Ao deformar ainda mais a estrutura amorfa em uma estrutura semelhante a um líquido, o fechamento da lacuna de mobilidade e o desaparecimento dos estados de borda topológicos são observados. Esses cientistas resumem as características de seu sistema topológico:

"Projetamos um sistema PTI amorfo com três vantagens:(1) as redes amorfas são realizáveis ​​em materiais naturais, pois são gerados por Métodos de Dinâmica Molecular; (2) o mapeamento completo de fases cristalinas a vítreas amorfas a líquidas produz toda a avaliação da topologia, da emergência à extinção, e capta claramente o papel da transição vidro-líquido; e (3) a plataforma fotônica pode ser imigrada para verificar outros materiais topológicos fotônicos não periódicos. "

"A proteção topológica suportada pela ordem de curto alcance em nossos PTIs amorfos demonstra robustez notável para grandes defeitos, por exemplo. 3 vezes o comprimento característico das redes, e curvas de 90º, todos comparáveis ​​às contrapartes cristalinas, "acrescentaram.

"A abordagem apresentada pode ser usada para desenvolver PTIs amorfos específicos com correlações estruturais desejadas, e. g. as estruturas hiperuniformes estudadas em cristais fotônicos bandgap, ou monitorar outros PTIs não periódicos, por exemplo. os quase-cristais ou metamateriais. Nossas descobertas serão, portanto, altamente úteis para trabalhos futuros que investiguem materiais fotônicos topológicos não cristalinos para novos dispositivos fotônicos, como lasers topológicos aleatórios, "propõem os cientistas.