Gli isolanti topologici sono materiali la cui struttura costringe i fotoni e gli elettroni a muoversi solo lungo il confine del materiale e solo in una direzione. Queste particelle sperimentano poca resistenza e viaggiano liberamente oltre ostacoli come impurità, difetti di fabbricazione, un cambiamento di traiettoria del segnale all'interno di un circuito, o oggetti posti intenzionalmente nel percorso delle particelle. Questo perché queste particelle, invece di essere riflesso dall'ostacolo, girargli intorno "come l'acqua di un fiume che scorre davanti a una roccia, "dice il prof. Romain Fleury, capo del Laboratorio di Ingegneria delle Onde dell'EPFL, all'interno della Facoltà di Ingegneria.

Fino ad ora, l'eccezionale resilienza di queste particelle agli ostacoli applicata solo a limitate perturbazioni nel materiale, il che significa che questa proprietà non può essere ampiamente sfruttata nelle applicazioni basate sulla fotonica. Però, che potrebbe presto cambiare grazie alla ricerca condotta dal Prof. Fleury insieme al suo dottorato di ricerca. lo studente Zhe Zhang e Pierre Delplace del Laboratorio di Fisica dell'ENS di Lione. Il loro studio, apparso sul giornale Natura , introduce un isolante topologico in cui la trasmissione di fotoni a microonde può sopravvivere a livelli di disordine senza precedenti.

"Siamo stati in grado di creare una rara fase topologica che può essere caratterizzata come un isolante topologico anomalo. Questa fase deriva dalle proprietà matematiche dei gruppi unitari e conferisce al materiale proprietà di trasmissione uniche e inaspettate, "dice Zhang.

Questa scoperta è molto promettente per nuovi progressi nella scienza e nella tecnologia. "Quando gli ingegneri progettano circuiti ad iperfrequenza, devono stare molto attenti a fare in modo che le onde non vengano riflesse ma piuttosto guidate lungo un determinato percorso e attraverso una serie di componenti. Questa è la prima cosa che insegno ai miei studenti di ingegneria elettrica, " dice il Prof. Fleury. "Questo vincolo intrinseco, noto come adattamento di impedenza, limita la nostra capacità di manipolare i segnali d'onda. Però, con la nostra scoperta, possiamo adottare un approccio completamente diverso, utilizzando la topologia per costruire circuiti e dispositivi senza doversi preoccupare dell'adattamento di impedenza, un fattore che attualmente limita l'ambito della tecnologia moderna."

Il laboratorio del Prof. Fleury sta ora lavorando su applicazioni concrete per il loro nuovo isolante topologico. "Questi tipi di circuiti topologici potrebbero essere estremamente utili per lo sviluppo di sistemi di comunicazione di prossima generazione, ", afferma. "Tali sistemi richiedono circuiti altamente affidabili e facilmente riconfigurabili." Il suo gruppo di ricerca sta anche esaminando come la scoperta potrebbe essere utilizzata per lo sviluppo di nuovi tipi di processori fotonici e computer quantistici.