I ricercatori annunciano una svolta fotone-fonone

Una nuova ricerca del team del City College di New York ha rivelato un nuovo modo di combinare due diversi stati della materia. Per la prima volta, i fotoni topologici – la luce – sono stati combinati con le vibrazioni del reticolo, note anche come fononi, per manipolare la loro propagazione in modo potente e controllabile.

Lo studio ha utilizzato la fotonica topologica, una tendenza emergente nella fotonica che sfrutta le idee fondamentali del campo matematico della topologia sulle quantità conservate – invarianze topologiche – che rimangono costanti quando si cambiano parti di un oggetto geometrico sotto deformazioni continue. Uno degli esempi più semplici di tali costanti è il numero di fori, che, ad esempio, rende la ciambella e la tazza equivalenti da un punto di vista topologico. Le proprietà topologiche conferiscono ai fotoni la chiralità, quando i fotoni ruotano durante la loro propagazione, risultando in proprietà uniche e inaspettate, come la robustezza ai difetti e la propagazione unidirezionale lungo le interfacce tra materiali topologicamente distinti. Grazie alle interazioni con le vibrazioni nei cristalli, questi fotoni elicoidali di canale possono quindi essere utilizzati luce infrarossa con vibrazioni.

Le implicazioni di questo lavoro sono ampie, in particolare consentendo ai ricercatori di sviluppare uno spettrometro Raman, che viene utilizzato per determinare i modelli di vibrazioni delle molecole. La ricerca è promettente anche per la spettroscopia vibrazionale, nota anche come spettrometro a infrarossi– che misura l’interazione della radiazione infrarossa con la materia per assorbimento, emissione o riflessione. Questo può quindi essere utilizzato per lo studio, l’identificazione e la caratterizzazione Sostanze chimiche.

“Associamo i fotoni elicoidali con vibrazioni capillari in un nitruro di boro esagonaleLa creazione di un nuovo materiale ibrido viene definita fononi-polaritoni, ha affermato Alexander Khanikev, autore principale e fisico affiliato alla Grove School of Engineering di New York City. una luce E metà delle vibrazioni. Poiché la luce infrarossa e le vibrazioni del reticolo sono correlate al calore, abbiamo creato nuovi canali per la propagazione della luce e del calore insieme. Normalmente, le vibrazioni retiniche sono molto difficili da controllare e prima era impossibile dirigerle intorno a difetti e angoli acuti”.

La nuova metodologia può anche implementare il trasferimento di calore radiativo vettoriale, una forma di trasferimento di energia in cui il calore viene dissipato attraverso onde elettromagnetiche.

Ha aggiunto il dottor Sriram Gudala, ricercatore post-dottorato nel gruppo del professor Khanekiv e primo autore del manoscritto. “Questo metodo ci permette anche di cambiare la direzione di propagazione delle vibrazioni lungo questi canali, avanti o indietro, semplicemente commutando la polarizzazione del raggio laser incidente. È interessante notare che con la propagazione dei fononi-polaritoni, le vibrazioni ruotano anche insieme al raggio laser incidente. corrente elettrica in questo modo Nuovissimo per dirigere e ruotare le vibrazioni del reticolo, il che lo rende anche elicoidale.”

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista intitolata “Topological Phonon-Polariton Transformation at Surface-Infrared Surfaces”. Scienza.