Созданный в России топологический изолятор назвали одной из лучших разработок года

Петербургские ученые разработали трехмерный топологический изолятор, который позволяет контролировать движение фотонов без потерь, связанных с поглощением и рассеиванием на дефектах.

Топологический изолятор проводит ток по поверхности, внутри оставаясь диэлектриком. При этом электроны проводятся без потерь, связанных с внешними воздействиями и дефектами в объеме материала. Это делает их весьма перспективными для применения в квантовых компьютерах, и с момента получения первого топологического изолятора в 2007 году они изучаются довольно активно.

В 2009-м был создан топологический изолятор для фотонов электромагнитных волн, громоздкое и сложное устройство. Впоследствии физикам из петербургского университета ИТМО вместе с коллегами из Австралии удалось реализовать более компактную структуру. Теоретическое описание идеи было опубликовано журналом ACS Photonics в 2014, а год спустя появились и результаты первых экспериментов с топологическими изоляторами, работающими в микроволновом и оптическом диапазонах.

«Работа началась с исследования одномерной структуры, — говорит один из авторов, Алексей Слобожанюк. —  По сути, это цепочка из нанодисков, в которой электромагнитное поле локализуется на том или ином конце… Признание перспективности нашей работы на мировом уровне стимулировало нас дальше развиваться в этом направлении». В 2016 году Алексей Слобожанюк, Александр Ханикаев и их коллеги занялись уже двумерными изоляторами, опубликовав статью о структуре, сделанной из диэлектрических метаматериалов.

Такие изоляторы теоретически уже могут использоваться в оптических волноводах. Однако ученые выяснили, что устойчивое состояние электромагнитной волны сохраняется и при переходе в три измерения. «На сегодняшний день невозможно создать оптический волновод без дефектов поверхности. Из-за них сигнал постепенно затухает, и в какой-то момент его уже невозможно уловить, — рассказывает Александр Ханикаев. — С помощью топологических систем мы сможем избежать возникающих оптических потерь».

Физики уже экспериментируют с таким изолятором и проектируют устройства на его основе. Их статья была опубликована в Nature Photonics, а по итогам года работа с трехмерными топологическими фотонными изоляторами на основе диэлектриков вошла в тематический выпуск «Оптика в 2017 году» журнала Optics & Photonics News. По словам ученых, успех проекта может привести к созданию более совершенных линий связи, антенн и оптических компьютеров.

Об этом сообщает пресс-служба университета ИТМО.

Также в 2017 году новосибирского ученого признали рецензентом года, по версии веб-сайта Publons.