联合量子研究所(JQI)的研究人员创造了第一个能够可靠地将光线限制在四个角落的硅芯片。由干涉光学路径产生的效应不会因制造期间的小缺陷而改变，并且最终能够产生强大的量子光源。
这种稳健性是由拓扑物理学引起的，拓扑物理学描述了对几何形状的微小变化不敏感的材料的特性。6月17日在“ 自然光子学”杂志上报道的光线转向是2017年首次预测的新拓扑效应的实现。
特别是，新工作是四极拓扑物理的演示。四极杆是四个极点的布置和力场的源，例如电荷或磁体的极点。您可以想象一个电动四极杆，通过想象一个正方形的每个角上的电荷，当你沿着周边走时，它会交替正 - 负 - 正 - 负。
转弯产生于四极物理而不是偶极物理学的事实 - 也就是说，只有两极的排列 - 意味着它具有更高阶的拓扑效应。
该论文的资深作者JQI研究员Mohammad Hafezi表示，尽管之前在声学和微波系统中已经观察到转弯效应，但这项新工作还是第一次在光学系统中被观察到。“我们一直在开发集成硅光子系统，以实现物理系统中拓扑结构的思想，”Hafezi说。“我们使用与当前技术兼容的组件这一事实意味着，如果这些系统非常强大，它们可能会被转化为直接应用。”
在新的工作中，激光被注入硅中的谐振器 - 沟槽环网格中，将光限制在环中。通过将谐振器放置在仔细测量的距离处，可以调整相邻谐振器之间的相互作用并改变光线通过栅格的路径。
累积效应是芯片中间的光干扰自身，导致注入芯片的大部分光在四个角落消耗时间。
光没有电荷，但是给定谐振器中光的存在或不存在提供了一种极性行为。以这种方式，芯片上的谐振器的模式对应于相互作用的四极的集合 - 精确地是第一次预测物质的高阶拓扑状态所需的条件。
为了测试他们的制作模式，Hafezi和他的同事们将光线注入芯片的每个角落，然后用显微镜拍摄芯片的图像。在收集的光线中，他们看到了四个明亮的山峰，一个在芯片的每个角落。
为了证明角落光被拓扑结构捕获，而不仅仅是他们注入激光器的结果，他们测试了一个芯片，底部两排谐振器被移位。这改变了它们与上述谐振器的相互作用，并且至少在理论上改变了亮点应该出现的位置。他们再次在角落处注入光线，这次 - 就像理论预测的那样 - 较低的两个亮点出现在移位的谐振器行之上而不是物理角落。
尽管可以保护拓扑提供的谐振器布局的微小变化，但这些芯片仍然存在第二个更具破坏性的制造缺陷。由于每个谐振器不完全相同，所以角落处的四个光点都以略微不同的频率发光。这意味着，就目前而言，该芯片如果用作光子-所述的量子颗粒的来源可以不大于单个谐振器更好的光，许多希望利用作为在未来的设备和网络量子信息载体。
“如果你有很多来源被拓扑学强迫吐出相同的光子，那么你可能会干扰它们，这将会改变游戏规则，”该论文的主要作者，JQI的博士后研究员Sunil Mittal说。“我希望这项工作能够激发理论家们的思考，考虑寻找那些对谐振频率中这种挥之不去的无序感不敏感的模型。”