پدیده های عجیب و غریب جدید در کریستال های فوتونی دیده می شود

۲۳ دی ۱۳۹۶ کافه

اثرات توپولوژیکی، مانند آنچه در کریستال هایی یافت می شود که سطوح آنها الکتریسیته را در بر می گیرد، سال های اخیر و موضوع جایزه نوبل فیزیک در سال ۲۰۱۶ بود. در حال حاضر تیمی از محققان MIT و دیگر نقاط، پدیده های توپولوژیکی جدیدی را در یک طبقه ی متفاوت از سیستم ها – سیستم های به همراهز، که در آن انرژی یا ماده می تواند وارد یا منتشر شود، در مقایسه به همراه سیستم های بسته که بدون چنین تبه همراهدل به همراه خارج، پیدا کرده اند، پیدا کرده هست.

این تیم می تواند برخی از زمینه های جدید تحقیق فیزیک را به همراهز کند و در نهایت منجر به نوع جدیدی از لیزرها و سایر تکنولوژی ها شود.

نتایج این هفته در مجله Science در مقاله ای از مجله Hengyun "هری" ژو، MIT به عنوان مجله "Chao Peng" (هستاد دانشگاه پکن)، دانشجوی کارشناسی ارشد MIT یوزوب یون، فارغ التحصیلان MIT اخیر، بو ژن و چیا وی هسو، پروفسور MIT Marin Soljačić، فرانسیس راایت دیویس هستاد فیزیک جان جونپوولوس، هستاد شیمی شیمی هشلم و دیوی کیت نلسون، و لورنس سی و سارا W. Biedenharn توسعه حرفه ای هستادیار لیانگ فو

در اکثر تحقیقات در زمینه اثرات فیزیکی توپولوژیک، Soljačić می گوید سیستم های به اصطلاح "به همراهز" ​​- به لحاظ فیزیک، این به عنوان سیستم های غیر ارثی شناخته می شود – در کار تجربی بسیار مورد مطالعه قرار نگرفت. پیچیدگی های درگیر در اندازه گیری یا تجزیه و تحلیل پدیده هایی که در آن انرژی یا ماده می تواند از طریق تابش افزوده یا از بین رفته از بین برود به طور کلی این سیستم ها را به گونه ای کنترل شده مطالعه و تحلیل می کند.

اما در این کار، تیم به همراه هستفاده از یک روش که این سیستم های به همراهز را در دسترس قرار داد، و "ما خواص توپولوژیکی جالب در این سیستم های غیر Hermitian پیدا کردیم." به طور خاص، آنها دو نوع خاص از اثرات را یافتند که نشانه های توپولوژیکی متمایز از سیستم های غیر اهرمی هست. یکی از این ها یک نوع ویژگی به همراهند هست که به عنوان یک قوس فرومی فشرده نامیده می شود و دیگری نوع غیر معمولی تغییر قطبش یا جهت گیری امواج نور هست که توسط کریستال فوتونی برای مطالعه مورد هستفاده قرار می گیرد.

کریستال فوتونیک مواد هستند که در آن میلیاردها سوراخ کوچک بسیار دقیق شکل گرفته و گرا ساخته شده هست، سبب می شود نور به شیوه های غیر معمول به همراه مواد مؤثر به همراهشد. چنین کریستال ها به طور فعال برای تعاملات عجیب و غریب که بین نور و ماده ایجاد می کنند، مورد توجه قرار می گیرند که پتانسیل برای انواع جدیدی از سیستم های محاسبه همراهتی مبتنی بر نور یا دستگاه های نوری را حفظ می کنند. محققان می گویند، در حالی که بسیاری از این تحقیقات به همراه هستفاده از سیستم های بسته شده، Hermitian انجام شده هست، بسیاری از برنامه های کاربردی به همراهلقوه در دنیای واقعی شامل سیستم های به همراهز هست، بنابراین مشاهدات جدیدی که توسط این تیم انجام می دهد، می تواند زمینه های جدیدی از پژوهش را به همراهز کند.

کوکهای فرمی، یکی از پدیده های منحصر به فردی که تیم پیدا کرده، از ذهن معمولی که خطوط انرژی لزوما منحنی های بسته هست، فراتر نمی رود. آنها قبلا در سیستم های بسته مشاهده شده اند، اما در این سیستم ها آنها همیشه بر روی سطوح دو بعدی یک سیستم سه بعدی شکل می گیرند. در کار جدید، برای اولین به همراهر، محققان قوس فرمی را که در اکثریت یک سیستم قرار دارد، پیدا کردند. این کمان فارمی فله دو نقطه در جهت انتشار، که به عنوان نقاط هستثنایی شناخته می شود، متصل می شود، یکی دیگر از ویژگی های سیستم های توپولوژیکی به همراهز هست

پدیده دیگری که مشاهده می شوند شامل یک میدان نور هست که در آن قطبی شدن به همراه توجه به جهت انتشار، به تدریج نیم چرخش شکل می گیرد، به نحوی که یک مسیر در امتداد یک حلقه دنبه همراهل می شود و به نقطه شروع به همراهزگشت می کند. ژو می گوید: "همانطور که در اطراف این کریستال قرار دارید، قطبش نور به طور واقعی تغییر می کند."

این نیمی از پیچ و تاب هست به طوری که یک نوار موبیوس مشابه هست، او توضیح می دهد که نوار کاغذی قبل از اتصال به انتهای دیگر، نیمه نوبت پیچ خورده هست، ایجاد یک به همراهند که فقط یک طرف دارد. ژن می گوید: این چرخش پیچشی مگی در پراکندگی نور، به طور نظری منجر به راه های جدیدی برای افزایش میزان داده هایی می شود که می توانند از طریق فیبر نوری ارسال شوند.

Soljačić می گوید: کار جدید "عمدتا به علت علاقه علمی، به جای فن آوری هست". ژن می افزاید: "در حال حاضر ما این روش بسیار جالب را برای بررسی خواص سیستم های غیر Hermitian داریم." اما احتمال وجود دارد که این کار در نهایت منجر به دستگاه های جدید، از جمله انواع جدید از لیزر و یا دستگاه های نوری، آنها می گویند.

یافته های جدید توسط پژوهش های قبلی توسط بسیاری از اعضای تیم مشابه امکان پذیر شده هست، که در آن آنها راهی برای هستفاده از نور پراکنده شده از یک کریستال فوتونی برای تولید تصاویر مستقیم که خطوط انرژی مواد را نشان می دهد، به جای داشتن برای محاسبه این خطوط به طور غیرمستقیم.

Soljačić می گوید: "ما تا به حال یک هانت" داشتیم که چنین رفتار نیمی پیچ خورده امکان پذیر بود و می توانست "بسیار جالب" به همراهشد، اما در واقع یافتن آن نیاز به "کمی جستجو برای کشف کردن، چگونه ما آن را اتفاق می افتد؟ "

"شاید جنبه ی نوآورانه ی این کار این هست که نویسندگان از این واقعیت هستفاده می کنند که فوتون ها، که معمولا مانع و ناراحتی هستند، برای دسترسی به فیزیک توپولوژیکی جدید ضروری هست، از دست می دهند"، میکائل Rechtsman، هستادیار فیزیک دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا که در این کار دخیل نبود. "بدون از دست دادن … این امر نیاز به روش های بسیار پیچیده ۳ بعدی ساخت که به احتمال زیاد امکان پذیر نبوده هست." به عبه همراهرت دیگر، او می گوید، تکنیک هایی که توسعه داد "به آنها امکان دسترسی به فیزیک ۲D را داد که به طور معمول فکر غیر ممکن هست. "

این کار توسط دفتر تحقیقات ارتش از طریق موسسه نانوتکنولوژی سربه همراهز پشتیبه همراهنی شد؛ S3TEC، مركز تحقيقات مرزي انرژي كه توسط وزارت انرژي ايالات متحده تأمين مي شود؛ نیروی هوایی ایالات متحده؛ و بنیاد ملی علوم.

دانلود آهنگ مسعود صادقلو ما به هم میایم