光物理学：三次元において転位によって誘起されるフォトニックトポロジカル絶縁体

トポロジカル絶縁体（TI）の特徴は、トポロジカルに保護されたエッジチャネルにおける散乱のない波の伝播である。この輸送は、媒質の外側エッジにおいて厳密にカイラルであるため、かなりの乱れが存在したとしても、鋭い角や欠陥を回避できる。フォトニクスでは、いくつかの異なるプラットフォームにおいて二次元（2D）トポロジカルエッジ状態が実証されており、こうした状態はロバストなレーザーや量子デバイスなどの用途に有望なツールとして浮上している。最近は、マイクロ波や音響波において三次元（3D）TIが実証されており、音響波の場合、トポロジカル保護は転位によって誘起されている。しかしこれまでのところ、光周波数では、3DフォトニックTIはまだ実験的に達成されていない。今回我々は、3Dにおいて、トポロジカル表面状態が保護されたフォトニックTIを実証する。このトポロジカル保護は、らせん転位によって可能になった。我々はこの目的のために、さらなるモード次元を導入することで、2Dフォトニック導波路アレイにおいて人工次元の概念を用い、この系を3Dトポロジカル系に変換した。格子転位は、エッジ状態が3D軌跡に沿って伝播するこの系に、強いフォトニックTIに類似したトポロジカル保護を与える。今回の研究は、フォトニクス科学技術における3Dトポロジーの利用への道を開く。

目次へ戻る