光物理学：回転する共振器上で浮上するカプラーによって生成される不可逆的屈折
Nature 558, 7711 doi: 10.1038/s41586-018-0245-5
光の一方向のみへの伝播、つまり光の非相反的な伝播や「分離」を可能にする光学部品の作製は、さまざまな応用において重要である。音の非相反的な伝播は、回転する機械部品を用いることで容易に実現できる。回転はド・ブロイ波にも影響を与えるので、同様の着想を光学にも適用できる可能性がある。しかし、光は音よりもはるかに速く伝わるため、同様の効果を得るには極めて高い回転速度が必要になると思われ、これは望ましくない揺動につながる。この揺動によって、回転するデバイスとカプラーの間隔を、臨界結合に必須な数ナノメートルの許容範囲内に維持することが困難になる。結果として、これまでの光学的分離や光機械的分離の応用においては、別の手法が用いられてきた。ハードドライブ技術においては、ハードディスクドライブの磁気読み取りヘッドは、高速回転するディスク上でナノメートルの精度で空気力学的に浮上し、潤滑層となる抗力がほぼゼロの空気の薄膜によって分離されている。これに着想を得て、本論文では、球状共振器上でわずか数ナノメートル離れて同様に浮上するフォトニックカプラー（光と共振器を結合するテーパーファイバー）の作製について報告する。共振器は、反対方向に循環する光学モードを分離するのに十分な速さで回転し、ファイバーカプラーを一方の側からは透明にすると同時に他方からは不透明にする、すなわち不可逆的な透過を生じさせる。今回の構成では、ファイバーを用いた量子インターコネクトに使用されるタイプの標準的な電気通信ファイバーで、99.6％の光の分離が実現された。磁気ヘッドと回転するディスクの間のような平坦な幾何学的配置とは異なり、今回の構成ではファイバーと球がサドルに似た凸型の幾何学的配置をとるので、比較的容易にこれら2つを近づけることができ、ナノメートルスケールの間隔で表面科学を研究できるようになる可能性がある。
