محققان دانشگاه تگزاس با همکاری دو دانشمند ایرانی موفق به طراحی یک سیستم شبیه‌سازی شده‌اند که برای اولین بار از ویژگی‌های اصلی عایقهای توپولوژیک الکترونیکی تقلید می‌کند.

به گزارش پایگاه فراخوانهای علمی پژوهشی کشور (callforpapers.ir) این شبیه‌سازی که با همکاری «سید حسین موسوی» و «مهدی کارگریان» انجام شده، بخشی از یک رقابت علمی سریع برای درک و بهره‌برداری از عایق‌های توپولوژیکی است که در دهه اخیر کشف شده است.

دستاورد این محققان، « SPINDOMs» (متامواد چرخشی منحط فعال نوری) نام دارد که با طبقه بندی دوره‌یی، متابلورهایی ایجاد می‌کند که اولین نمایش از امکان کنترل چرخش فوتونها در شیوه تقلیدی از الکترونها است.

این عایق‌ها ممکن است به پیشرفتهای چشمگیر در محاسبه کوانتومی و لوازم الکترونیکی انتقال چرخشی منجر شوند.

پیش از این مواد جامد بر اساس توانایی آنها در انتقال جریان الکتریکی به سه گروه عایق‌ها، رساناها و نیمه‌رساناها طبقه‌بندی می‌شوند. عایقهای توپولوژیکی در جایی میان این دسته‌ها قرار می‌گیرند.

این عایق‌ها می‌توانند الکترونها یا حتی فوتونها را به شیوه‌ای که از آن در برابر پراکندگی یا بازتاب در زمان برخورد با مانع حفاظت کرده، هدایت کنند.

معمولا هنگامی که فوتونها به یک مانع برخورد می‌کنند، منعکس می‌شوند. محققان رابطهایی را به شیوه‌ای طراحی کرده‌اند که فوتونها را در یک حالت چرخشی قفل می‌کند. بنابراین در یک جهت آنها در یک حالت چرخشی قرار داشته و در زمان حرکت به یک جهت دیگر در یک حالت چرخشی دیگر قفل می‌شوند. در این پیکربندی آنها نمی‌توانند بدون تغییر چرخش خود منعکس شوند که توسط طراحی بلور فوتونیک ممنوع شده است. آنها در اطراف نواقص جریان یافته و می‌توانند در مسیرهای خودسرانه که توسط رابط تعریف شده حرکت کنند.

اگر این ویژگی با الکترونها نیز بدست بیاید، بطور خاص برای رایانه‌های کوانتومی مناسب است که الکترونهای آنها باید برای زمان بیشتری از رایانه‌های دیججیتالی یکپارچگی خود را حفظ کنند.

در دهه اخیر دانشمندان از موفقیت کمی در ایجاد یا شناسایی عایقهای توپولوژیکی الکترونیکی برخوردار بودند اما این مواد هم در آنچه قادر به انجام آن بوده و آنچه می‌توانند در مورد پتانسیل این حالت جدید ماده نشان دهند، محدود هستند.

محققان انتظار دارند که عایق فوتونیک شبیه‌سازی شده آنها یک ابزار منعطفتر و قدرتمندتر برای بررسی ویژگیهای کلی عایقهای توپولوژیکی ارائه کند.

آنها برای کاربردی کردن دیدگاه خود از سیستمهای فوتونیک بر سیستمهای الکترونیک، متامواد شبیه سازی‌شده را ساختد که برای تاثیرگذاری بر فوتونها به شیوه‌های غیرممکن قابل تنظیم هستند. از متامواد دیگر برای ایجاد پوششهای نامرئی کننده استفاده می‌شود.

این پژوهش در مجله Nature Materials منتشر شده است.