Topologische Isolatoren höherer Ordnung sind ungewöhnliche Materialien, die topologisch geschützte Zustände unterstützen können. Kürzlich entdeckte Disklinationszustände gehören ebenfalls zur Klasse der topologischen Zustände höherer Ordnung, sind jedoch an die Grenze des Disklinationsdefekts des topologischen Isolators höherer Ordnung gebunden und können mithilfe des Bulk-Disklination-Korrespondenzprinzips vorhergesagt werden.
Bisher wurden topologische Disklinationszustände nur im linearen Bereich beobachtet, während das Zusammenspiel zwischen Nichtlinearität und Topologie in den Systemen mit Disklinationen nie experimentell untersucht wurde.
In einem neuen Artikel veröffentlicht in Licht: Wissenschaft und Anwendungenein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Yaroslav V. Kartashov vom Institut für Spektroskopie der Russischen Akademie der Wissenschaften, Russland, und Professor Yiqi Zhang vom Schlüssellabor für physikalische Elektronik und Geräte des Bildungsministeriums und dem Shaanxi Key Lab für informationsphotonische Technik , Xi’an Jiaotong University, China, haben über die erste experimentelle Beobachtung der nichtlinearen photonischen Disklinationszustände in Wellenleiteranordnungen mit fünfeckigen oder siebeneckigen Disklinationskernen berichtet, die mithilfe der fs-Laser-Schreibtechnik in ein transparentes optisches Medium eingeschrieben wurden.
Nichtlineare Disklinationszustände können durch Gaußsche Eingangsstrahlen effizient angeregt werden, wenn sie in die Wellenleiter fokussiert werden, die zum Disklinationskern des Arrays gehören. Ihre räumliche Lokalisierung kann durch die Eingangsstrahlleistung gesteuert werden. Eckzustände und Randzustände in diesen Strukturen mit Disklinationen werden ebenfalls untersucht.
Aufgrund der Kompaktheit der Disklinationszustände sind sie für die Verstärkung nichtlinearer Effekte und die Realisierung eines stabilen Lasers von Vorteil. Darüber hinaus können Disklinationsgitter beim Entwurf verschiedener nichtlinearer topologischer Funktionsgeräte verwendet werden.
Beispielsweise können Disklinationsgitter potenziell zur Realisierung von Lasereffekten in Zuständen mit unterschiedlicher Vorticität verwendet werden, die durch die diskrete Rotationssymmetrie der Struktur begrenzt sind. Da in diesen Systemen außerdem Disklinationszustände mit topologischen Eckzuständen koexistieren, kann man möglicherweise einen Wechsel zwischen Lasern in diesen beiden unterschiedlichen topologischen Modi beobachten.
Die Disklinationszustände, die in aperiodischen Strukturen auftreten, die aufgrund spezifischer Verformungen periodischer Anordnungen entstehen, unterscheiden sich erheblich von bisher betrachteten Isolatorgeometrien höherer Ordnung, da Systeme mit Disklinationen diskrete Rotationssymmetrien aufweisen können, die mit Kristallsymmetrien inkompatibel sind und in üblichen höheren Ordnungen nicht realisiert werden können. Bestellen Sie Isolatoren mit periodischer Masse.
Die Untersuchung des Zusammenspiels nichtlinearer Effekte und der Topologie in Strukturen mit Disklinationen und unterschiedlichen diskreten Rotationssymmetrien könnte einen neuen Weg für eine eingehende Erforschung des Verhaltens und der Anwendungen topologischer Zustände höherer Ordnung eröffnen. Diese Wissenschaftler fassen die Ergebnisse zusammen:
„Nichtlineare Disklinationszustände eröffnen neue Perspektiven für die Untersuchung nichtlinearer Effekte in topologischen Systemen mit Disklinationen und könnten neue Ideen bei der Entwicklung kompakter optischer Funktionsgeräte inspirieren.“
„Die Ergebnisse sind für verschiedene Bereiche der Wissenschaft relevant, darunter Bose-Einstein und Polariton-Kondensate, wo Potenziale mit den Disklinationen erzeugt werden können“, fügten die Autoren hinzu.
Mehr Informationen:
Boquan Ren et al, Beobachtung nichtlinearer Disklinationszustände, Licht: Wissenschaft und Anwendungen (2023). DOI: 10.1038/s41377-023-01235-x