Des chercheurs annoncent une percée photon-phonon

Des cristaux photoniques topologiquement distincts (orange et bleu) avec une couche hexagonale de nitrure de bore sur le dessus permettent le couplage de la lumière topologique et des vibrations du réseau pour former une excitation lumineuse mi-vibratoire mi-chirale, qui peut être directement dirigée le long des canaux 1D de manière robuste. Crédit : Filip Komisarenko et Sriram Gudala

De nouvelles recherches menées par l’équipe du City College de New York ont ​​révélé une nouvelle façon de combiner deux états différents de la matière. Pour la première fois, des photons topologiques – la lumière – ont été associés à des vibrations de réseau, également appelées phonons, pour manipuler leur propagation de manière puissante et contrôlable.


L’étude a utilisé la photonique topologique, une tendance émergente en photonique qui tire parti des idées fondamentales du domaine mathématique de la topologie sur les quantités conservées – les invariances topologiques – qui restent constantes lors du changement de parties d’un objet géométrique sous des déformations continues. L’un des exemples les plus simples de telles constantes est le nombre de trous, ce qui, par exemple, rend le beignet et la tasse équivalents d’un point de vue topologique. Les propriétés topologiques confèrent aux photons une chiralité, lorsque les photons tournent au cours de leur propagation, ce qui entraîne des propriétés uniques et inattendues, telles que la robustesse aux défauts et la propagation unidirectionnelle le long des interfaces entre des matériaux topologiquement distincts. Grâce aux interactions avec les vibrations dans les cristaux, ces photons hélicoïdaux de canaux peuvent alors être utilisés lumière infrarouge avec des vibrations.

Les implications de ce travail sont larges, permettant notamment aux chercheurs de développer un spectromètre Raman, qui est utilisé pour déterminer les modèles de vibrations des molécules. La recherche est également prometteuse dans le domaine de la spectroscopie vibrationnelle – également connue sous le nom de spectromètre infrarouge– qui mesure l’interaction du rayonnement infrarouge avec la matière par absorption, émission ou réflexion. Ceci peut ensuite être utilisé pour l’étude, l’identification et la caractérisation Produits chimiques.

« Nous associons les photons hélicoïdaux aux vibrations capillaires dans un nitrure de bore hexagonalLa création d’un nouveau matériau hybride est appelée phonon-polaritons, a déclaré Alexander Khanikev, auteur principal et physicien affilié à la Grove School of Engineering de New York. une lumière Et la moitié des vibrations. Étant donné que la lumière infrarouge et les vibrations du réseau sont liées à la chaleur, nous avons créé de nouveaux canaux pour la propagation simultanée de la lumière et de la chaleur. Normalement, les vibrations rétiniennes sont très difficiles à contrôler, et les diriger autour des défauts et des angles vifs était impossible auparavant. »

La nouvelle méthodologie peut également mettre en œuvre un transfert de chaleur radiatif vectoriel, une forme de transfert d’énergie dans laquelle la chaleur est dissipée par des ondes électromagnétiques.

Ajout du Dr Sriram Gudala, chercheur postdoctoral dans le groupe du professeur Khanekiv et premier auteur du manuscrit. « Cette méthode nous permet également de changer la direction de propagation des vibrations le long de ces canaux, vers l’avant ou vers l’arrière, simplement en changeant la polarisation du faisceau laser incident. Fait intéressant, avec la propagation des phonons-polaritons, les vibrations tournent également avec le courant électrique de cette manière Tout nouveau pour diriger et faire pivoter les vibrations du réticule, le rendant également hélicoïdal. »

L’étude a été publiée dans la revue intitulée « Topological Phonon-Polariton Transformation at Surface-Infrared Surfaces ». Science.


Rencontres vibratoires – Phonon Polariton Meets Particles


Plus d’information:
S. Guddala et al, Voies topologiques des phonons-polaritons sur les surfaces de l’infrarouge moyen, Science (2021). DOI : 10.1126 / science.abj5488. www.science.org/doi/10.1126/science.abj5488

la citation: Des chercheurs annoncent une percée photon-phonon (2021, 8 octobre) Récupéré le 9 octobre 2021 sur https://phys.org/news/2021-10-photon-phonon-breakthrough.html

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