Vågledare och resonatorer är kärnkomponenter inom elektronik, fotonik, och fononik, både i befintliga och framtida scenarier. I vissa situationer (utrymme eller frekvens), kritisk koppling kan uppstå mellan de två komponenterna, dvs. ingen energi passerar genom vågledaren efter att den inkommande vågen har kopplats in i resonatorn. Transmissionsspektrala egenskaper som härrör från detta fenomen är mycket fördelaktiga för signalfiltrering, växlande, multiplexering, avkänning, etc. Dock under den befintliga mekanismen, förekomsten av kritiska kopplingar leder alltid till ökad reflektion i ingångskanalen på grund av den oundvikliga backspridningen i praktiken. Denna reflektion kommer ytterligare att inducera både intra- och interkanals överhörning (brus) i ett integrerat system, vars ackumulering tenderar att generera stora prestandaförsämringar, eller till och med resultera i snabba fel i systemfunktioner. Till skillnad från det elektroniska systemet, en passiv integrerad fotonisk eller fononisk diod har hittills inte använts praktiskt, även om många anmärkningsvärda försök har gjorts. Därför, undvika ingångsreflektioner, speciellt i spektrala funktionella enheter, utgör en utmaning för vidareutveckling av integrerade fotoniska eller fononiska kretsar.

Nyligen, Yu och hans kollegor vid Nanjing University har designat en helt ny vågledarresonator genom att använda principen om topologisk isolator (TI), vilket löser ovanstående "inputreflektion"-problem i grunden. Som en stor bedrift inom den kondenserade materiens fysik sedan detta århundrade, TI-material lovar att skapa framtida högpresterande elektronik och datorer, eftersom elektroner med spin ±½ vid TI-gränserna är förlustfria envägsledande när de rör sig på en motorväg. Genom att konstruera artificiell spinn ±½, fotoniska och fononiska TI:er har också föreslagits och skapats under de senaste åren, erbjuder revolutionerande vågledare för fotoner och fononer med spin-riktningslåsning vid TI-gränserna. Foton/fononer transporterar på dessa vågledare är spridningsfria för defekter som tillverkningsfel eller godtyckliga böjningar, utan några förluster till deras överföringsenergi.

Efter dessa idealiska vågledare, en tankeväckande applikationsdriven fråga är om spektrala funktioner kan implementeras inuti dem. Specifikt, det frågas om det finns en resonatorlösning som matchar dessa TI-vågledare. Ett effektivt sätt är att linda själva TI -vågledarna till slutna öglor, skapa TI-ringresonatorer som viskande gallerier i många akustiska och optiska scenarier. Forskningen vid Nanjing University fann att, till skillnad från konventionella ringresonatorer, en TI-ringresonator stöder oundvikligen två typer av lägen samtidigt, dvs. resande-våg-viskning-galleri-lägen (WGMs) och split standing wave-lägen (SWMs). I TI -resonatorn, dessa två typer av lägen stöder olika spinnkvanttal (±½ och 0), respektive, måste därför uppfylla olika villkor för kritisk koppling till TI -vågledaren.

När en TI-SWM-resonator är kopplad till en TI-vågledare, eftersom SWM (spin 0) utan spin kan konverteras med både framåt (med centrifugering +½) och bakåt (med centrifugering -½) i TI -vågledaren, även om det initiala tillståndet för hela systemet bara har ett godtyckligt snurr (+½, 0, eller -½), så småningom, alla tre snurr (+½, 0, och -½) kan exciteras. Följaktligen, det finns alltid ingångsreflektion när kritisk koppling inträffar, liknande konventionella scenarier. Med fördel, när en TI-WGM-resonator är kopplad till en TI-vågledare, eftersom båda stöder samma snurr ±½ låsta med vågriktning, om systemets utgångsläge bara har ett snurr, då kan bakre reflektioner med motsatt snurr inte upphetsas, även vid kritisk koppling. Den sistnämnda kritiska kopplingen är särskilt gynnsam eftersom när den möter:1) reflektioner och inducerat brus elimineras helt medan de erforderliga transmissionsspektrala egenskaperna bibehålls och 2) den infallande energin är bunden helt inuti resonatorn utan någon kanal genom vilken den kan lämnas, vilket resulterar i en extremt hög energikapacitet/densitet. Alla dessa fördelar tillåter TI-vågledarresonatorn att överträffa prestandan hos alla konventionella konstruktioner.

Denna forskning ger starkt stöd för att tillämpa principen om topologiska isolatorer på praktisk enhetsprestanda och funktionalitet. Det öppnar en väg för integrerad topologisk fotonik och fononik för t.ex. avancerad signalbehandling, avkänning, laser, i både klassiska och kvantregioner.