Topologinen fotoni-fononi -läpimurto

New Yorkin City Collegessa tehty tutkimus on paljastanut uuden tavan yhdistää kaksi erilaista aineen tilaa. Ensimmäistä kertaa topologiset fotonit on yhdistetty hilavärähtelyihin eli fononeihin ja manipuloitiin niiden etenemiseen vankalla ja hallittavalla tavalla.

Tutkimuksessa hyödynnettiin topologista fotoniikkaa. Topologiset ominaisuudet antavat fotoneille kierteisyyttä, kun fotonit kiertyvät edetessään, mikä johtaa ainutlaatuisiin ja odottamattomiin ominaisuuksiin, kuten sietää vikakohtia ja yksisuuntaiseen etenemiseen topologisesti eri materiaalien rajapinnoilla.

Kidevärähtelyjen vuorovaikutusten kanssa, näitä kierteisiä fotoneja voidaan sitten käyttää infrapunavalon kanavoimiseen värähtelyjen mukana.

Tämän työn vaikutukset ovat laajat ja tutkijat voivat erityisesti edistää Raman -spektroskopiaa, jota käytetään molekyylien värähtelymoodien määrittämiseen. Tutkimuksella on myös lupaus värähtelyspektroskopialle - joka tunnetaan myös nimellä infrapunaspektroskopia. Se mittaa infrapunasäteilyn vuorovaikutusta aineen kanssa absorboitumisen, emissioiden tai heijastumisen kautta. Tätä voidaan sitten käyttää kemiallisten aineiden tutkimiseen ja tunnistamiseen ja karakterisointiin.

"Me yhdistimme kierteisiä fotoneja hilavärähtelyjen kanssa kuusikulmaisessa boorinitridissä, luoden uuden hybridin olemuksen, jota kutsutaan fononi-polaritoneiksi", sanoo fyysikko Alexander Khanikaev. "Se on puoleksi valoa ja puoleksi värähtelyä. Koska infrapunavalo ja hilavärähtelyt liittyvät lämpöön, loimme uudet kanavat valon ja lämmön etenemiseen yhdessä. Tyypillisesti hilavärähtelyjä on erittäin vaikea hallita ja erityisesti ohjata niitä vikojen ja terävien kulmien ympäri oli aiemmin mahdotonta."

Uusi menetelmä voi toteuttaa myös suunnatun säteilevän lämmönsiirron eli energiansiirron muodon, jonka aikana lämpö haihtuu sähkömagneettisten aaltojen kautta.

"Voimme luoda mielivaltaisen muotoisia kanavia tämän hybridivalon ja aineen herätteiden muodossa ohjattavaksi luomassamme kaksiulotteisessa materiaalissa", täsmentää tohtori Sriram Guddala.

"Tämän menetelmän avulla voimme myös vaihtaa värinän etenemissuuntaa näillä kanavilla eteenpäin tai taaksepäin yksinkertaisesti vaihtamalla tulevan lasersäteen polarisaatiokätisyyttä. Mielenkiintoista on, että kun fononipolaritonit etenevät, värähtelyt pyörivät myös sähkökentän kanssa. Tämä on täysin uusi tapa ohjata ja pyörittää hilavärähtelyjä, mikä tekee myös niistä kierteisiä."

Aiheesta aiemmin:

Valo taipuu topologian avulla

Pinta-aallot nanorakenteita viilentämään