フォトニクスデバイス：光通信帯全域にわたる例外点周りの時間非対称性ループ
Nature 562, 7725 doi: 10.1038/s41586-018-0523-2
例外点周りのトポロジカル操作（非エルミート特異点を伴う時変系構成）は、広範囲に及ぶ開放系ダイナミクスを実現するロバストな方法として提案されており、高散逸マイクロ波伝送実験や極低温光機械振動子実験において実証されている。閉鎖系エルミートダイナミクスに基づく従来の系とは大きく異なり、例外点における環境干渉は、その内部結合特性と動的に結び付いて仮想パラメーター領域において回転刺激を生じさせる結果、さまざまな異常物理現象を示すカイラル系を生じる。新しい波動特性とそれを制御するデバイス構造を同時に実現するには、通信や信号処理系など、応用の豊富な技術分野においてそうした系を実現することが次の段階となる。しかし、非エルミート相互作用方式を、今後のデバイス工学向けのロバストな技術プラットフォームにおいて構成できるかどうかは、今のところ不明である。今回我々は、光領域における例外点周りの時間非対称性ループを通して伝わるフォトニックモードを有するロバストなシリコンフォトニック構造を実験的に実証する。この構造は、結合した2つのシリコンチャネル導波路とスラブ導波路漏洩放射シンクで構成され、これらの構成要素によってフォトニックモードが受ける必要な非エルミートハミルトニアンが正確に制御される。作製したデバイスは、光通信の全帯域（波長1.26〜1.675 μm）をカバーする極めて広いスペクトル帯域にわたって時間非対称光伝送を実現する。このように我々は、オプトエレクトロニクス特性を制御できる半導体プラットフォームを用いることによって、非エルミートトポロジカルダイナミクスに基づく広帯域オンチップ光デバイスに向けて、またオンチップ光アイソレーターや非相反モード変換器などの実用的な潜在用途に向けて一歩を踏み出した。さらに、今回の結果は、音響学、物性物理学、量子力学などの他のさまざまな物理学分野に非エルミート波動ダイナミクスが技術的に関連してくることを示唆している。
