För första gången, fysiker har byggt en unik topologisk isolator där optiska och elektroniska excitationer hybridiserar och flyter ihop. De rapporterar sin upptäckt i Natur .

Topologiska isolatorer är material med mycket speciella egenskaper. De leder endast el eller ljuspartiklar på deras yta eller kanter, inte interiören. Denna ovanliga egenskap kan ge tekniska innovationer, och topologiska isolatorer har varit föremål för intensiv global forskning i flera år.

Fysiker vid Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) i Bayern, Tyskland, med kollegor från Technion i Haifa, Israel, och Nanyang Technological University i Singapore har rapporterat sin upptäckt i tidskriften Natur . Teamet har byggt den första "exciton-polariton topologiska isolatorn, "en topologisk isolator som arbetar med både ljus och elektroniska excitationer samtidigt.

Professor Sven Höfling, som leder JMU -stolen för tillämpad fysik, säger att sådana topologiska isolatorer har en dubbel fördel:"De kan användas för både växlade elektroniska system och laserapplikationer." De topologiska isolatorer som utvecklats tidigare är baserade på antingen elektroner eller foton enbart.

Dr Sebastian Klembt, gruppledare vid Höflings stol, spelat en huvudroll i projektet. Han ger mer detaljer:"Den nya topologiska isolatorn byggdes på ett mikrochip och består i princip av halvledarföreningen galliumarsenid. Den har en bikakestruktur och består av många små pelare, varje två mikrometer (två miljondelar av en meter) i diameter. "

Förökningsriktningen kan kontrolleras

När spännande denna mikrostruktur med laserljus, ljusmaterialpartiklar bildas inuti den, uteslutande i kanterna. Partiklarna rör sig sedan längs kanterna och runt hörnen med relativt låg förlust. "Ett magnetfält gör att vi kan styra och vända partiklarnas utbredningsriktning, "Säger Klembt.

Det är ett sofistikerat system som fungerar i applikationsorienterade dimensioner på ett mikrochip och där ljuset kan styras. Vanligtvis, detta är svårt att åstadkomma:Rena ljuspartiklar har ingen elektrisk laddning och kan därför inte enkelt styras med elektriska eller magnetiska fält. Den nya topologiska isolatorn kan göra detta genom att "skicka ljus runt hörnet, " så att säga.