トポロジカルフォトニクス：絶縁体不要のトポロジカルフォトニック多レーンハイウェイ
Nature 656, 8126 doi: 10.1038/s41586-026-10817-9
フォトニック構造におけるトポロジカル保護は、構造的無秩序の影響を受けない堅牢な一方向伝播を可能にする。しかし従来の実装では、この保護は界面に狭い導波チャネルを有するトポロジカル絶縁体ドメインから得られており、絶縁体バルクの大部分は輸送に寄与しない。そのため、トポロジカルな堅牢性と空間占有面積との間に根本的なトレードオフが課されることになる。本研究で我々は、このトレードオフを解消する、絶縁体不要のトポロジカル導波路アーキテクチャーを提示する。これにより、100％の空間利用効率とトポロジカル保護を共に備えた多レーン一方向光導波が可能となる。我々は、ジャイロ磁性ハニカム・フォトニック結晶（PC）において時間反転対称性と反転対称性の破れを戦略的に組み合わせることにより、自明な絶縁体相とチャーン絶縁体相の間にある別個の臨界転移境界において、非等価な4種のフォトニックバレー・ハーフ半金属（PVHSM）を実現した。我々は、これら4つの構造を平行かつ循環的に配置し、各ドメインがバレー選択的導波路として機能すると同時に、隣接ドメインにおけるその他のバレーに対するトポロジカル障壁としても機能するようにして、追加のトポロジカル絶縁層の必要性を回避した。我々の実験的および理論的な結果は、この多レーン配置が、従来型のエッジ状態を高密度に充填された大面積の一方向モードに変換することを実証している。これらのモードは、4つのドメイン間で交互に反転する一方向性を示す一方で、任意の鋭い曲がりや顕著な形状変化の存在下でも堅牢性を維持した。今回の研究は、超小型トポロジカルフォトニック回路の設計戦略を例証するものであり、高密度集積光学への応用が期待される。
