Huwa mifhum li tip ġdid ta 'apparat imsejjaħ laser topoloġiku jista' jarmi d-dawl b'mod aktar effiċjenti minn lasers tradizzjonali. Issa, ix-xjentisti ħolqu l-ewwel laser topoloġija mmexxija bl-elettriku li jaħdem f'temperatura tal-kamra, li jista 'jintuża fil-qasam tat-telekomunikazzjoni.
It-topoloġija hija fergħa tal-matematika li tistudja liema aspetti tal-forma jistgħu jgħixu għad-deformazzjoni. Pereżempju, oġġett iffurmat bħal ċirku jista 'jiddeforma f'forma ta' tazza, u t-toqba fiċ-ċirku tifforma t-toqba fil-manku tat-tazza. Madankollu, dan l-oġġett ma jistax jinbidel f'forma fundamentalment differenti, mhux poruża.
Bl-użu tal-perspettiva tat-topoloġija, ir-riċerkaturi żviluppaw l-ewwel iżolatur topoloġiku elettroniku fl-2007. Dan l-iżolatur huwa iżolat internament u konduttiv esternament. Elettroni li jiċċaqilqu tul it-truf jew l-uċuħ ta 'dawn il-materjali jirreżistu bil-qawwa kwalunkwe interferenza li tista' tbiddel il-fluss tagħhom, u jissejħu "protetti topoloġikament".
Ix-xjentisti mbagħad iddisinjaw iżolaturi topoloġiċi fotoniċi li fihom id-dawl huwa protett bl-istess mod. Dawn il-materjali għandhom bidliet regolari fl-istruttura, sabiex id-dawl ta 'wavelength speċifiku jgħaddi tul barra tagħhom, u ma jkun hemm l-ebda tifrix jew telf anke fil-kantunieri u difetti.
Il-pass li jmiss huwa li jiġu żviluppati lejżers li jinkludu protezzjoni topoloġika. Dan it-tip ta 'laser topoloġiku jista' biss jipproduċi dawl b'mod effettiv ta 'wavelength wieħed mixtieq, minflok ma jaħli l-enerġija billi jipproduċi wavelengths mhux mixtieqa. Barra minn hekk, "mhumiex sensittivi ħafna għad-difetti li jistgħu jseħħu waqt il-manifattura jew it-tħaddim", li jfisser li anki jekk ikollhom difetti, se jipproduċu tali dawl pur, qalet Mercedeh Khajavikhan, fiżika fl-Università ta 'Southern California f'Los. Angeles. Għalhekk, Lejżers topoloġiċi jistgħu jaraw produzzjoni ogħla u prestazzjoni aktar qawwija fil-proċess ta 'produzzjoni.
Madankollu, l-ewwel lejżers tat-topoloġija jeħtieġu lejżer estern biex iħeġġuhom biex jaħdmu, li jillimita l-applikazzjonijiet prattiċi. Riċentement, ix-xjentisti żviluppaw lejżers topoloġiċi mmexxija bl-elettriku, iżda dawn il-lejżers jeħtieġu temperatura baxxa ta '{0}} grad , li tillimita wkoll l-applikazzjonijiet tagħhom.
L-awtur ewlieni tal-istudju, Jae-Hyuck Choi fl-Università tan-Nofsinhar tal-Kalifornja, Khajavikhan, u kollegi oħra żviluppaw l-ewwel laser topoloġiku tat-temperatura tal-kamra ippumpjat elettriku. Huma ddettaljaw is-sejbiet tagħhom fil-ħarġa tat-8 ta’ Ġunju ta’ Nature Communications.
L-apparat il-ġdid jikkonsisti f'netwerk ta 'ċirku ta' 10 × 10, kull ċirku wiesa '30 mikron. Dawn iċ-ċrieki huma konnessi ma 'xulxin permezz ta' ċrieki rettangolari żgħar madwar 5 mikroni wiesgħa. Dawn iċ-ċrieki kollha huma strutturi sandwich magħmulin minn semikondutturi b'ħafna saffi, bħal arsenide tal-gallju tal-indju, fosfid tal-indju u arsenidu tal-gallju tal-indju.
Il-lejżer tradizzjonali għandu kavità reżonanti waħda biss li taħżen l-enerġija tad-dawl, sabiex tkun tista 'tiġġenera dawl tal-lejżer. Mod wieħed biex tiżdied il-qawwa tal-ħruġ ta 'lejżer huwa li tagħtih kavità akbar, iżda dan jikkawża li l-lejżer jarmu frekwenzi multipli minflok waħda. Khajavikhan qal li dan il-laser tat-topoloġija l-ġdid juża l-grilja taċ-ċirku ta '10 × 10 tiegħu bħala reżonaturi multipli akkoppjati, "bħal bini ta' dar bi kmamar multipli" biex jgħin biex joħroġ dawl pur b'tul ta 'mewġ wieħed.
Meta l-elettrodi fit-tarf tal-firxa jiġu ppumpjati elettrikament fil-grilja, l-halo jipproduċi dawl tal-lejżer b'wavelength ta '1.5 mikron, li huwa l-wavelength l-aktar użat komunement fil-komunikazzjonijiet tal-fibra ottika. Id-daqs u l-ġeometrija taċ-ċrieki, il-post bejn iċ-ċrieki, u l-ħxuna speċifika u l-kompożizzjoni tas-saffi tas-semikondutturi jgħinu biex jiżguraw li d-dawl fil-lejżer ikun protett topoloġikament.
Il-protezzjoni topoloġika tgħin ix-xogħol tal-lejżer, anke jekk jintilfu xi ċrieki. It-topoloġija tal-apparat tgħin ukoll biex tiżgura li d-dawl li jarmi jkun kważi l-wavelengths kollha meħtieġa-firxa simili, il-post taċ-ċirku huwa kemmxejn differenti, għalhekk it-topoloġija hija differenti, u temetti inqas dawl magħmul minn diversi wavelengths differenti. . Spettru pur.
"Il-fotonika topoloġika għamlitha possibbli għall-interkonnessjoni ta 'reżonaturi multipli biex tirrealizza funzjonijiet ġodda u mtejba," qal Khajavikhan. "Mill-midja soċjali għal ekosistemi bijoloġiċi, il-konnettività tiddetermina l-funzjonijiet tan-netwerk, Għandu rwol importanti fis-suċċess u r-reżiljenza."
