ونُشر البحث هذا الأسبوع في مجلة Nature. وقد يكون التطوير عنصرًا أساسيًا في صناعة الضوئيات
قام الباحثون في التخنيون بتطوير وعرض بنجاح عازل ضوئي طوبولوجي Floquet - وهو جهاز جديد يستخدم لنقل الضوء من خلال شبكة فريدة من "أدلة الموجات". قد يكون التطوير عنصرًا أساسيًا في صناعة الضوئيات. وقد نُشر وصف لها في العدد الأخير من مجلة Nature.
تعمل صناعة الضوئيات في قلب الحوسبة والاتصالات الحديثة. فهو يتيح النقل السريع للغاية للمعلومات الهائلة عبر الخطوط الضوئية التي تعبر المحيطات. تعد تكنولوجيا الضوئيات (على سبيل المثال، التكنولوجيا القائمة على تدفق الضوء والتحكم فيه) مكونًا رئيسيًا في أقراص الفيديو الرقمية (DVD)، وتصنيع رقائق الكمبيوتر والخلايا الشمسية.
مع ازدياد سرعة عالم الحوسبة، وزيادة انشغال الرقائق، تزداد الحاجة إلى أجهزة أصغر حجمًا تتحكم في الضوء. ومع ذلك، عندما تستمر الأجهزة في التصغير، قد يكون للعيوب في عملية الإنتاج عواقب وخيمة - تدفق ضوئي غير عادي وغير متوقع. بمعنى آخر، هناك حاجة إلى منهجية جديدة تمنع التشتت غير المرغوب فيه نتيجة للعيوب من أي نوع.
وهذا بالضبط ما فعله الباحثون في التخنيون، بالتعاون مع مجموعة من جامعة فريدريش شيلر في مدينة يينا بألمانيا. باستخدام شبكة فريدة من "أدلة الموجات" (أدلة الموجات، وهي نوع من الأسلاك التي تحمل الضوء تشبه الموصلات الكهربائية)، أظهر الباحثون تجريبيًا عازلًا ضوئيًا طوبولوجيًا Floquet. يتم ترتيب الأدلة الموجية في شكل قرص العسل. مثل هذا الهيكل، الذي يكون أصغر من عرض شعرة الإنسان، يوفر للضوء "حماية طوبولوجية"، مما يعني أن الضوء يتحرك بانتظام على الرغم من العيوب الموجودة في المادة. وبحسب البروفيسور موتي سيغيف من كلية الفيزياء، الذي شارك في البحث، فإن "الحماية الطوبولوجية تعني أن الضوء يتحرك ببساطة حول العيوب دون أن يلاحظها".
تم تحقيق الحماية الطوبولوجية لأول مرة ليس للضوء ولكن للإلكترونات التي تتحرك في مادة صلبة. ومع ذلك، اكتشف الدكتور مايكل ريتسمان والدكتور يوناتان بلوتنيك من التخنيون، اللذان يعملان تحت إشراف البروفيسور سيجيف، كيفية تنفيذ الحماية الطوبولوجية في الفوتونات من خلال مجموعة من أدلة الموجات التي تتواصل مع بعضها البعض. كانت الخطوة التالية نحو الحماية الطوبولوجية هي إنشاء مجموعة حلزونية (وليست مستقيمة) من أدلة الموجات. قال الدكتور مايكل ريتشتسمان: "إن البنية الحلزونية لأدلة الموجات تكسر التناظر، بحيث تدور موجهات الموجات في اتجاه عقارب الساعة وفي الاتجاه المعاكس - عكس اتجاه عقارب الساعة". "في العملية التي قمنا بتطويرها، يعد هذا عنصرًا أساسيًا في منع التشتت غير المرغوب فيه."
وأوضح ريتسمان: "قد تمثل العوازل الطوبولوجية Floquet منصة جديدة تمامًا للبحث وفهم التدريع الطوبولوجي". "على سبيل المثال، جميع أنواع التجارب التي يصعب أو يستحيل إجراؤها على المواد الصلبة أصبحت الآن ممكنة باستخدام الضوء."
