O grafeno tem sido foco de intensa pesquisa em ambientes acadêmicos e industriais devido às suas propriedades únicas de condução elétrica. Como o material mais fino conhecido pelo homem, o grafeno é essencialmente bidimensional e possui propriedades eletrônicas e fotônicas distintas dos materiais 3D convencionais. Pesquisadores da Universidade de Purdue (Todd Van Mechelen, Wenbo Sun e Zubin Jacob) mostraram que o fluido viscoso do grafeno (os elétrons que colidem em sólidos podem se comportar como fluidos) suporta ondas eletromagnéticas unidirecionais na borda. Essas "ondas de borda" estão ligadas a uma nova fase topológica da matéria e simbolizam uma transição de fase no material, não muito diferente da transição do sólido para o líquido.
Uma característica notável desta nova fase do grafeno é que a luz viaja em uma direção ao longo da borda do material e é resistente à desordem, imperfeições e deformações. Os pesquisadores da Purdue aproveitaram esse efeito não recíproco para desenvolver "circuladores topológicos" - roteadores unidirecionais de sinais, os menores do mundo - que poderiam ser um avanço para o processamento totalmente óptico no chip.

Os circuladores são um bloco de construção fundamental em circuitos ópticos integrados, mas resistiram à miniaturização por causa de seus componentes volumosos e da largura de banda estreita das tecnologias atuais. Os circuladores topológicos superam isso por serem ultra-subwavelength e banda larga, habilitados por uma fase eletromagnética única da matéria. As aplicações incluem roteamento de informações e interconexões entre sistemas de computação quânticos e clássicos.

A pesquisa foi publicada em Nature Communications . + Explorar mais

Pesquisadores propõem nova fase topológica da matéria atômica que hospeda 'skyrmions fotônicos'