A luz não apenas desempenha um papel fundamental como portador de informações para chips a³pticos de computador, especialmente para a próxima geração de computadores qua¢nticos. Sua orientação sem perdas em torno de cantos agudos em pequenos chips e o controle preciso de sua interação com outras luzes são o foco de pesquisas em todo o mundo. Cientistas da Paderborn University demonstraram agora o confinamento espacial de uma onda de luz em um ponto menor que o comprimento de onda em um cristal fota´nico topola³gico. Sa£o materiais eletromagnanãticos artificiais que facilitam a manipulação robusta da luz. O estado éprotegido por propriedades especiais e éimportante para chips qua¢nticos, por exemplo. As descobertas foram publicadas na Science Advances .

Os cristais topola³gicos funcionam com base em estruturas especa­ficas, cujas propriedades permanecem praticamente inalteradas por distúrbios e desvios. Enquanto em cristais fota´nicos normais os efeitos necessa¡rios para a manipulação da luz são fra¡geis e podem ser afetados por defeitos na estrutura do material, por exemplo, em cristais fota´nicos topola³gicos, as condições são protegidas disso. As estruturas topola³gicas permitem propriedades como propagação de luz unidirecional e maior robustez para orientar fa³tons, recursos que são cruciais para futuras tecnologias baseadas em luz.

Os cristais fota´nicos influenciam a propagação das ondas eletromagnanãticas com a ajuda de um gap a³ptico para os fa³tons, que bloqueia o movimento da luz em certas direções. A dispersão geralmente ocorre - alguns fa³tons são refletidos de volta, enquanto outros são refletidos. "Com os estados de luz topola³gicos que abrangem uma faixa estendida de cristais fota´nicos, vocêpode evitar isso. Em guias de ondas a³pticas normais e fibras, a reflexa£o posterior representa um grande problema porque leva a um feedback indesejado. A perda durante a propagação impede a integração em grande escala em chips a³pticos , em que os fa³tons são responsa¡veis ​​pela transmissão de informações. Com a ajuda de cristais fota´nicos topola³gicos, novos guias de onda unidirecionais podem ser alcana§ados que transmitem luz sem qualquer reflexa£o posterior, mesmo na presença de desordem arbitrariamente grande ",

O conceito, que tem suas origens na física do estado sãolido, já levou a inaºmeras aplicações, incluindo transmissão de luz robusta, linhas de atraso topola³gico, lasers topola³gicos e interferaªncia qua¢ntica. "Tambanãm foi recentemente provado que os cristais fota´nicos topola³gicos baseados em uma topologia fraca com um deslocamento de cristal na estrutura peria³dica também exibem essas propriedades especiais e também suportam o que são conhecidos como estados de luz fortemente localizados espacialmente protegidos topologicamente. Quando algo estãotopologicamente protegido, quaisquermudanças nos parametros não afetam as propriedades protegidas. Estados de luz localizados são extremamente aºteis para amplificação não linear, miniaturização de componentes fota´nicos e integração de chips qua¢nticos fota´nicos ", acrescenta Zentgraf. Nesse contexto,

Em um experimento conjunto, pesquisadores da Paderborn University e RWTH Aachen University usaram um microsca³pio a³ptico de campo pra³ximo especial para demonstrar a existaªncia de tais estados de luz fortemente localizados em estruturas topola³gicas. "Na³s mostramos que a versatilidade da topologia fraca pode produzir um campo a³ptico fortemente localizado espacialmente em um deslocamento estrutural induzido intencionalmente", explica Jinlong Lu, um Ph.D. aluno do grupo de Zentgraf e autor principal do artigo. "Nosso estudo demonstra uma estratanãgia via¡vel para alcana§ar um estado de dimensão zero localizado e protegido topologicamente para a luz", acrescenta Zentgraf. Com seu trabalho, os pesquisadores provaram que a microscopia de campo pra³ximo éuma ferramenta valiosa para caracterizar estruturas topola³gicas com resolução em nanoescala em frequências a³pticas.

Os resultados fornecem uma base para o uso de estados de luz a³ptica fortemente localizados com base em topologia fraca. Materiais de mudança de fase com um a­ndice de refração ajusta¡vel também podem ser usados ​​para as nanoestruturas usadas no experimento para produzir elementos fota´nicos topola³gicos robustos e ativos. "Estamos agora trabalhando em conceitos para equipar os centros de deslocamento na estrutura cristalina com emissores qua¢nticos especiais para geração de fa³ton aºnico", diz Zentgraf, acrescentando: "Estes poderiam então ser usados ​​em futuros computadores qua¢nticos a³pticos, para os quais a geração de fa³ton aºnico atua um papel importante."