Los metamateriales topológicos se aplican como una plataforma novedosa para explorar y estudiar efectos extraordinarios. En lugar de utilizar materiales naturales, los investigadores organizan artificialmente los constituyentes de un metamaterial topológico en una estructura regular. Tal disposición es análoga a un estado sólido en el que los átomosforman una red cristalina. Por lo general, estas plataformas se utilizan para simular propiedades particulares de los sólidos con el fin de hacerlos susceptibles de investigación experimental.
Los físicos de Julius-Maximilians-Universität JMU Würzburg en Baviera, Alemania, realizan investigaciones sobre esos metamateriales topológicos, un esquema central del Grupo de Excelencia Würzburg-Dresden ct.qmat - Complejidad y topología en materia cuántica.
Nuevos fenómenos topológicos
Un motivo relacionado de la investigación en estado sólido en Würzburg es el descubrimiento y la caracterización de nuevos fenómenos topológicos. Esto se refiere al estudio de los aislantes topológicos, que son aislantes en masa, pero presentan estados de superficie conductores. Los científicos de todo el mundo realizan una investigación intensiva sobre estosmateriales ya que exhiben fenómenos físicos convincentes. Un día, esta investigación puede conducir a avances en la tecnología de semiconductores o en otros campos.
Los investigadores de la JMU informan sobre sus últimos resultados en la revista Física de la naturaleza . Los aisladores topológicos generalmente se consideran como sistemas aislados hermitianos. En contraste, los científicos pueden modificar metamateriales topológicos para estudiar las implicaciones del intercambio de energía con el medio ambiente. Estas interacciones influyen en el comportamiento del sistema desde el exterior, como lo haríasea el caso de la fricción. De esta manera, verificaron experimentalmente el efecto de piel no hermitiano NHSE previamente predicho en teoría.
Todos los estados se localizan en el borde
El NHSE implica que, en contraste con un aislante topológico común, no solo una pequeña fracción sino todos los estados del material aparecen en su borde, es decir, están localizados allí. Esto es descrito por Tobias Helbig y Tobias Hofmann, los primeros autores conjuntosde la publicación. Ambos son estudiantes de doctorado en el grupo de investigación del profesor Ronny Thomale, jefe de la Cátedra JMU de Física Teórica I.
"Nuestra investigación muestra, entre otras cosas, que los principios físicos conocidos de los sistemas de estado sólido aislados deben modificarse fundamentalmente en el caso no hermitiano", explican los estudiantes de doctorado. Los nuevos hallazgos aún no tendrían una aplicación directa.Sin embargo, tienen el potencial de mejorar los detectores ópticos altamente sensibles, como un ejemplo.
Circuitos eléctricos como centro de innovación en investigación básica
Los experimentos que condujeron a los nuevos resultados se llevaron a cabo con el grupo del Dr. Tobias Kießling y la Cátedra JMU de Física Experimental III. El profesor Alexander Szameit de la Universidad de Rostock ha aportado contribuciones e ideas adicionales. Los físicos JMU cooperan conEl equipo de Szameit sobre el tema de la fotónica topológica dentro del grupo de excelencia ct.qmat.
Para demostrar el efecto cutáneo no hermitiano de forma experimental, el equipo de JMU ha utilizado circuitos eléctricos con elementos dispuestos periódicamente. Debido a su parecido con la estructura cristalina de un sólido, estos ajustes experimentales dispuestos artificialmente se clasifican como metamateriales.
Aplicaciones de materia topológica a la vista
Prospectivamente, el equipo de investigación quiere investigar más la interacción entre los estados topológicos y la física no hermitiana. Una pregunta clave será en qué medida la protección topológica de los estados permanece intacta cuando las interacciones con el medio ambiente están presentes.
A largo plazo, el equipo tiene la intención de avanzar hacia circuitos híbridos cuánticos en los que planean integrar elementos superconductores u otros elementos de circuitos mecánicos cuánticos. Dichos circuitos ofrecen una plataforma versátil para el descubrimiento de nuevos fenómenos.
"Nuestro objetivo es transferir los conocimientos de los circuitos topológicos a otras plataformas metamateriales en la búsqueda de aplicaciones potenciales", resume el profesor Thomale. Esto incluye configuraciones ópticas como guías de ondas fotónicas. Allí, los estados protegidos topológicamente en sistemas no hermitianos podrían probarrelevante en la mejora del procesamiento de señales y detectores, así como en la construcción de una computadora cuántica fotónica. Eventualmente, el esquema final en la investigación sobre metamateriales topológicos es la reconexión de efectos novedosos a estados sólidos reales.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Würzburg . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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