Isoladores topológicos são materiais cuja estrutura força os fótons e elétrons a se moverem apenas ao longo da fronteira do material e apenas em uma direção. Essas partículas experimentam pouca resistência e viajam livremente por obstáculos, como impurezas, defeitos de fabricação, uma mudança na trajetória do sinal dentro de um circuito, ou objetos colocados intencionalmente no caminho das partículas. É porque essas partículas, em vez de ser refletido pelo obstáculo, contorná-lo "como a água de um rio fluindo por uma rocha, "diz o Prof. Romain Fleury, chefe do Laboratório de Engenharia de Ondas da EPFL, dentro da Escola de Engenharia.

Até agora, a resiliência excepcional dessas partículas a obstáculos aplicados apenas a perturbações limitadas no material, o que significa que essa propriedade não poderia ser explorada amplamente em aplicativos baseados em fotônica. Contudo, isso pode mudar em breve graças às pesquisas conduzidas pelo Prof. Fleury junto com seu doutorado. os alunos Zhe Zhang e Pierre Delplace do Laboratório de Física ENS Lyon. Seu estudo, aparecendo no jornal Natureza , introduz um isolante topológico no qual a transmissão de fótons de microondas pode sobreviver a níveis de desordem sem precedentes.

"Fomos capazes de criar uma fase topológica rara que pode ser caracterizada como um isolante topológico anômalo. Esta fase surge das propriedades matemáticas de grupos unitários e dá ao material propriedades de transmissão únicas - e inesperadas, "diz Zhang.

Esta descoberta é uma grande promessa para novos avanços na ciência e tecnologia. "Quando os engenheiros projetam circuitos de hiperfrequência, eles devem ter muito cuidado para garantir que as ondas não sejam refletidas, mas sim guiadas ao longo de um determinado caminho e por meio de uma série de componentes. Essa é a primeira coisa que ensino aos meus alunos de engenharia elétrica, "diz o Prof. Fleury." Essa restrição intrínseca, conhecido como casamento de impedância, limita nossa capacidade de manipular os sinais das ondas. Contudo, com a nossa descoberta, podemos ter uma abordagem completamente diferente, usando a topologia para construir circuitos e dispositivos sem ter que se preocupar com o casamento de impedância - um fator que atualmente restringe o escopo da tecnologia moderna. "

O laboratório do Prof. Fleury está trabalhando agora em aplicações de concreto para seu novo isolador topológico. "Esses tipos de circuitos topológicos podem ser extremamente úteis para o desenvolvimento de sistemas de comunicação de próxima geração, ", diz ele." Tais sistemas requerem circuitos que são altamente confiáveis ​​e facilmente reconfiguráveis. "Seu grupo de pesquisa também está analisando como a descoberta poderia ser usada para desenvolver novos tipos de processadores fotônicos e computadores quânticos.