Aprovechar la robustez de los estados de borde topológicos

La topología y la nanofotónica han llamado mucho la atención debido a las cualidades especiales que poseen. El estudio de los estados de borde topológicos (TES) es un área de enfoque. Debido a su alta resistencia a errores y defectos, estos estados han llamado mucho la atención.

Emergiendo de fases topológicas desafiantes, TES proporciona una caja de herramientas eficaz para el diseño arquitectónico de circuitos integrados fotónicos.

La transmisión TES ha resultado en el descubrimiento de muchos efectos y aplicaciones ópticos fascinantes, como acopladores direccionales, guías de ondas unidireccionales, guías de ondas de bloqueo de modo y pseudopropagación en conjuntos resonantes toroidales.

Recientemente, los científicos han ampliado sus intentos de alterar TES mediante la investigación de enfoques como la modulación adiabática, los efectos no lineales y el empalme complejo. Los sistemas ópticos han revelado una variedad de fenómenos fascinantes, incluida la transferencia topológica de borde a borde y la localización de estado topológico modificable.

Para el desarrollo de tecnologías y aplicaciones de vanguardia, como el enrutamiento de energía e información, la fotónica no lineal y la computación cuántica, estos fenómenos son muy prometedores.

Los enfoques actuales, que se centran en el control de los TES, no han prestado mucha atención a la interacción entre los TES. La capacidad de intercambiar energía lumínica en diferentes regiones de la red topológica puede hacerse posible al fortalecer el acoplamiento entre los TES, lo que puede ayudar a regular el movimiento de los TES con mayor precisión.

Un equipo de científicos de la Escuela de Información Óptica y Electrónica (OEI) de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong (HUST) en China y el Laboratorio Nacional de Optoelectrónica de Wuhan (WNLO) en China ha logrado un gran avance.

Han ideado un método pionero para administrar de manera efectiva el transporte TES para un conmutador de canales ópticos en un dispositivo de silicio sobre aislante (SOI), según lo publicado en fotónica avanzada. Su investigación utilizó el modelo Landau-Zener (LZ) para examinar la conversión de canal de borde a borde en una red de guía de ondas de cuatro niveles.

Han desarrollado un método diferente, eficiente y dinámico para regular y controlar el movimiento de patrones topológicos aprovechando el efecto de tamaño finito en una red óptica de dos celdas.

La red de guía de ondas que usaron se parece a un material bidimensional conocido como aislante de Chern, que se sabe que contiene TES.

A medida que disminuye el número de celdas unitarias, el TES evoluciona de acuerdo con el modelo LZ, y los investigadores pudieron controlar dinámicamente el TES y lograr una conversión de canal casi perfecta aplicando el principio de evolución de banda única LZ.

Los nanodispositivos LZ topológicos se pueden utilizar en una variedad de aplicaciones diferentes. Se pueden usar como interruptores que operan en ciertas longitudes de onda de luz. Puede producir transformaciones de canales en espiral agregando dinámicas LZ a diferentes sistemas.

Este enfoque se puede extender a redes de guía de ondas más complejas, lo que permite dispositivos más complejos.

Los investigadores descubrieron que estos dispositivos ópticos LZ topológicos son muy resistentes, lo que significa que pueden continuar funcionando incluso cuando se modifican ciertos parámetros.

Esto abre la puerta al desarrollo de dispositivos prácticos como interruptores ópticos para enrutar redes en chips de computadora o dispositivos que pueden combinar o dividir muchas señales en una guía de ondas.

Referencia de la revista

Shaw, Columbia Británica, et al. (2023) Circuitos topológicos nanofotónicos de Landau y Zener. fotónica avanzada. doi: 10.1117/1.AP.5.3.036005.

fuente: https://spie.org/