Un team di ricercatori dell'Università del Maryland ha trovato un nuovo modo per instradare i fotoni su scala micrometrica senza dispersione, costruendo un'interfaccia di ottica quantistica topologica. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista Scienza , il gruppo descrive la loro struttura fotonica topologica, come funziona, e il modo in cui l'hanno testato. Alberto Amo con l'Université de Lill in Spagna offre una breve storia dei recenti tentativi di instradare i fotoni su una scala così piccola e delinea anche il lavoro svolto dal team di UM.

Come osserva Amo, gli scienziati vorrebbero essere in grado di instradare i fotoni con precisione su scala micrometrica per creare circuiti ottici quantistici meglio integrati:una tendenza dei fotoni a disperdersi quando incontrano curve e divisori ha inibito il progresso. In questo nuovo sforzo, i ricercatori hanno aggirato questo problema adottando un nuovo approccio, utilizzando una lastra di semiconduttore con fori triangolari disposti secondo schemi esagonali. La lastra è stata modellata in un reticolo di esagoni, con fori triangolari più grandi su un lato della lastra rispetto all'altro. L'instradamento è avvenuto nel punto in cui i due tipi di esagoni si sono incontrati.

L'architettura della lastra creava stati di bordo dove due cristalli fotonici si incontravano:le bande si toccavano e si incrociavano, producendo stati limite con energia tra due bande gap cristalline, permettendo a un fotone di muoversi tra di loro senza scattering. La disposizione degli esagoni prevedeva fessure di banda l'una accanto all'altra da un lato all'altro della lastra, creando una sorta di canale per far viaggiare i fotoni. I fotoni sono stati forniti per gentile concessione di punti quantici incorporati nei siti di confine:l'attivazione di un laser sui punti quantici ha causato la generazione di singoli fotoni, che poi si è propagato lungo i canali senza scattering. I fotoni che erano di polarizzazione opposta si propagavano in direzioni opposte.

La chiave per costruire con successo la struttura è stata notare cosa è successo quando i punti quantici sono stati eccitati con un laser ad alta potenza:la messa a fuoco dell'obiettivo su un solo lato di un bordo ha causato la propagazione del fotone emesso nella banda proibita senza dispersione. Ciò ha portato il team a mettere a punto le dimensioni dei fori triangolari e la loro distanza dal centro dei rispettivi esagoni, consentendo la creazione dei canali. Il lavoro, Amo suggerisce, è un grande passo avanti verso l'implementazione di nuovi tipi di circuiti ottici.

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