(Haut) Schéma de cristaux photoniques constitués de nanotiges dérivées du réseau en nid d'abeille vu de dessus, et (en bas) les bandes photoniques correspondantes. Les cristaux photoniques sont obtenus en divisant les nanotiges voisines les plus proches en amas hexagonaux, et élargir (a) ou rétrécir (c) la séparation entre les amas hexagonaux du réseau en nid d'abeille d'origine (b), tout en conservant la même forme et la même taille des hexagones. En (c), une inversion de bande se produit entre les bandes photoniques p et d, qui génère des caractéristiques topologiques dans le système. Crédit :Institut national des sciences des matériaux
Les chercheurs de WPI-MANA dérivent des états photoniques topologiques purement basés sur le silicium, qui peut conduire au développement de nouvelles fonctions et dispositifs grâce à l'intégration avec l'électronique à semi-conducteur
La topologie est un concept mathématique qui décrit le mode de connexion d'un objet invariant sous déformation continue. Récemment, il a été souligné que la topologie peut également être définie dans les états électroniques des matériaux, et cela fournit une image unifiée et utile pour les physiciens décrivant les propriétés uniques des matériaux.
Sur la base d'une nouvelle approche qu'ils ont baptisée « nanoarchitectonique topologique, " Xiao Hu et Long-Hua Wu, qui sont théoriciens du Centre International de Nanoarchitectonique des Matériaux (MANA), Institut national des sciences des matériaux (NIMS), a élucidé un nouveau principe qui fait que les ondes électromagnétiques, y compris la lumière, se propagent sur le bord dans un cristal photonique bidimensionnel sans être dispersées.
On savait que la diffusion de la lumière par des défauts dans les cristaux photoniques conventionnels peut être supprimée dans les états photoniques topologiques, mais jusqu'à présent, des matériaux spéciaux étaient nécessaires pour créer des cristaux photoniques topologiques. Cependant, les chercheurs de MANA ont découvert un nouveau principe qui permet de réaliser un cristal photonique topologique en ajustant simplement les positions de nanotiges isolantes ou semi-conductrices dans un réseau en nid d'abeilles, sans utiliser de matériau spécial ou de structure compliquée. Lorsque des clusters hexagonaux sont formés en ajustant les positions des nanotiges, modes électromagnétiques porteurs de spin, qui est classiquement spécifique aux électrons, apparaître. Par conséquent, les chercheurs de MANA ont théoriquement clarifié qu'un cristal photonique présente des propriétés topologiques lorsque la séparation entre les amas hexagonaux est réduite par rapport à celle du réseau en nid d'abeille.
Puisque cette nouvelle propriété d'un cristal photonique peut être obtenue même par un semi-conducteur tel que le silicone et/ou le GaN seuls, diverses nouvelles fonctions sont attendues par l'intégration de fonctions de traitement de l'information réalisées par l'électronique semi-conductrice bien établie et l'excellente propriété topologique des ondes électromagnétiques.
