Comment forcer les photons à ne jamais rebondir


Comment forcer les photons à ne jamais rebondir

Isolateur topologique comme multiplexeur. Crédit photo : Zhe Zhang / EPFL 2021

Les isolants topologiques sont des matériaux dont la structure oblige les photons et les électrons à se déplacer uniquement le de la frontière du matériau et dans une seule direction. Ces particules éprouvent peu de résistance et se déplacent librement devant des obstacles tels qu’une contamination, des défauts de fabrication, une modification du trajet du signal dans un circuit ou des objets délibérément placés sur le trajet des particules. En effet, au lieu d’être réfléchies par l’obstacle, ces particules orbitent autour de celui-ci « comme l’eau d’une rivière qui passe devant un rocher », explique le professeur Romain Fleury, directeur du laboratoire de technologie houlomotrice de l’EPFL à la Faculté d’ingénierie.

Jusqu’à présent, l’extraordinaire résistance de ces particules aux obstacles n’était valable que pour des perturbations limitées dans le matériau, de sorte que cette propriété ne pouvait pas être largement utilisée dans des applications basées sur la photonique. Cependant, cela pourrait bientôt changer grâce aux recherches du professeur Fleury et de son doctorat. Les étudiants Zhe Zhang et Pierre Delplace du Laboratoire de Physique de l’ENS Lyon. Votre étude, qui paraît dans le journal la nature, introduit un isolateur topologique dans lequel la de photons micro-ondes peut survivre à des niveaux de désordre sans précédent.

« Nous avons pu créer une phase topologique rare qui peut être caractérisée comme un isolateur topologique anormal. Cette phase découle des propriétés mathématiques de groupes uniformes et confère au matériau des propriétés de transmission uniques et inattendues », explique Zhang.

Cette découverte est prometteuse pour de nouvelles avancées scientifiques et technologiques. « Lorsque les ingénieurs conçoivent des circuits hyperfréquences, ils doivent faire très attention à ce que les ondes ne soient pas réfléchies, mais plutôt guidées le long d’un chemin prédéterminé et à travers une série de composants. C’est la première chose que j’enseigne à mes étudiants en génie électrique », explique le Pr Fleury. « Cette limitation intrinsèque, connue sous le nom d’adaptation d’impédance, notre capacité à manipuler les signaux d’. Avec notre découverte, cependant, nous pouvons adopter une approche complètement différente en ce sens que nous pouvons utiliser la topologie pour construire des circuits et des appareils sans avoir à nous soucier de l’adaptation d’impédance – un facteur qui limite actuellement la portée de la technologie moderne. »

Comment forcer les photons à ne jamais rebondir

Isolateur topologique avec fonctionnalité reconfigurable. Crédit photo : Zhe Zhang / EPFL 2021

Le laboratoire du Pr Fleury travaille actuellement sur des applications spécifiques pour leur nouvel isolant topologique. « Ces types de circuits topologiques pourraient être extrêmement utiles dans le développement de systèmes de communication de nouvelle génération », dit-il. « De tels systèmes nécessitent des circuits hautement fiables et facilement reconfigurables. » Son groupe de recherche étudie également comment la découverte pourrait être utilisée pour développer de nouveaux processeurs photoniques et des ordinateurs quantiques.


Électrons sur le bord : l’histoire d’un isolant topologique magnétique intrinsèque


Plus d’information:
Romain Fleury, Robustesse supérieure des états limites topologiques anormaux non réciproques, la nature (2021). DOI : 10.1038 / s41586-021-03868-7. www.nature.com/articles/s41586-021-03868-7

Fourni par l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne

Citation: Comment les photons à ne jamais rebondir (2021 octobre 13), consulté le 14 octobre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-10-photons.html

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