(Noticias de Nanowerk) Investigadores de la Universidad de Rostock y Technion Haifa han creado el primer aislador topológico tridimensional para la luz. Una dislocación de tornillo colocada juiciosamente permite que las señales ópticas se enrollen alrededor de la superficie de una red sintética mientras la mantiene protegida contra la dispersión. Su descubrimiento ha sido publicado recientemente en la revista Naturaleza (“Aislante topológico fotónico inducido por una dislocación en tres dimensiones”). Primer aislador topológico 3D para la luz: una dislocación de tipo tornillo permite el transporte topológico protegido de la luz en tres dimensiones. (Imagen: Julius Beck, Universidad de Rostock) Los cristales han cautivado a los humanos durante miles de años con su belleza visual y sus elegantes formas simétricas y, más recientemente, con sus numerosas aplicaciones tecnológicas. Fundamentalmente, estos materiales se basan en una disposición muy regular de sus elementos constituyentes más pequeños, y las propiedades físicas de los materiales cristalinos dependen en gran medida de la pureza de su red subyacente. Sin embargo, las imperfecciones no son necesariamente perjudiciales. Por ejemplo, una pizca de átomos de grupos adyacentes en la tabla periódica es capaz de convertir losas de silicio cristalino inertes en poderosos procesadores electrónicos que realizan rutinariamente miles de millones de operaciones por segundo, así como células solares altamente eficientes capaces de recolectar luz solar para generar energía. a ellos. Resulta que el concepto de sistemas discretos no se limita a los sólidos, ya que el mismo marco matemático subyacente también describe la evolución de la luz en las redes de las llamadas guías de ondas. Estos 'cables para la luz' han fascinado al Prof. Alexander Szameit de la Universidad de Rostock durante mucho tiempo. “Todo niño sabe que la luz viaja en línea recta. En el mejor de los casos, puede reflejarse en un espejo o desviarse en algún ángulo cuando entra en un bloque de vidrio o pasa a través de una lente”, el jefe del grupo de óptica de estado sólido describe la experiencia del día a día con la óptica. “Nunca deja de sorprenderme que la luz pueda fijarse y hacer un túnel entre trayectorias específicas como los electrones en un cristal”, continúa describiendo la base de la investigación de su grupo. En este sentido, las matrices de guías de ondas pueden reflejar muchas facetas de la física del estado sólido e incluso dar lugar a efectos completamente nuevos y estructuras funcionales novedosas. Para su último avance, los físicos de Rostock se asociaron con colegas de Technion Haifa (Israel) y la Universidad de Zhejiang (China) para construir un material óptico artificial hasta ahora esquivo: un aislante topológico tridimensional (TI) para la luz. "Los aisladores topológicos son una nueva fase de la materia y solo se conocen desde hace un par de décadas", dijo el autor, el Dr. Lukas Maczewsky esboza el trasfondo de esta obra. “Sus contrapartes fotónicas pueden guiar la luz alrededor de defectos y esquinas afiladas, y protegerla para que no se disperse en el proceso”. Sin embargo, la luz se mueve a velocidades increíbles y las plataformas fotónicas convencionales normalmente tienen que sacrificar al menos una de las tres dimensiones espaciales para controlar el comportamiento de la luz en las restantes. En consecuencia, los experimentos previos sobre TI fotónicos se restringieron a arreglos unidimensionales y planos. La elegante solución que ideó el equipo de investigadores para superar estas limitaciones combina el concepto de dimensiones sintéticas con un tipo específico de defecto, la llamada 'dislocación de tornillo'. Este defecto colocado juiciosamente conecta continuamente los planos individuales de la red girándolos alrededor de un eje central similar a un sacacorchos. Coautor y Ph.D. El estudiante Julius Beck explica: "Al igual que transformar una pila suelta de anillos en una espiral conectada sin problemas, este defecto intencional nos permitió crear el primer aislador topológico 3D para la luz". Llevada a cabo en el contexto del centro de investigación colaborativo “LiMatI” recientemente establecido en la Universidad de Rostock, esta exitosa colaboración internacional ha avanzado sustancialmente en la investigación fundamental sobre fotónica topológica.