研究人員在一類光學材料中發現新的拓撲相

2020-08-31 工程學習

利用拓撲學的見解，賓夕法尼亞物理學家發現了一種創造光學材料和器件的新方法，這種材料和設備可以打破光學互惠，為創建&34;光系統鋪平道路，並在未來實現更高效的光學系統。

光學器件創建、引導和檢測電磁波，包括雷射、望遠鏡和太陽能電池。由於光學互惠現象，這些設備中使用的大多數材料對某些應用都具有挑戰性，這種現象是一種固有的對稱性，迫使光雙向運動。基於應用的挑戰的一個示例是高功率雷射器，在這種雷射器中，光學互惠導致的回散光可能會損壞儀器。

發表在《自然通訊》上的一項新研究描述了如何利用拓撲物理學的見解來打破光互惠。誘導拓撲狀態，注入材料與新的屬性，可以幫助創建&34;系統，光旅行，使有可能創造更有效的光學設備在未來。這項研究由助理博震教授和博士後李和與尤金·梅勒教授、研究生扎查裡亞·艾迪森和金繼成教授以及麻省理工學院的史蒂文·詹森教授合作進行。

雖然有一些自然存在的材料可以打破光學互惠，這種磁光效應往往非常微弱，而且這些材料只能在靜態系統中使用。這些限制意味著這些材料過於笨重，不能用於小型光電晶片。&34;鄭說。&34;例如，我們還可能實現單向放大器或衰減器，&34;這確實是一個非常令人興奮的領域的開始，&34;我們奠定了基本的理論框架，並表明，即使靜態系統是微不足道的，如果我們以正確的方式動搖它，它就變得非常有趣。

相關焦點

  • 極端光學研究團隊發現非厄米光子拓撲絕緣體拓撲相變規律
    北京大學物理學院、納光電子前沿科學中心、人工微結構和介觀物理國家重點實驗室「極端光學團隊」胡小永教授和龔旗煌院士等在非厄米拓撲光子學研究中取得重要進展：發現在二維PT對稱構型的耦合諧振環陣列光子拓撲絕緣體中存在拓撲相變，並且揭示了產生拓撲相變的內在條件：由耦合強度與增益損耗量共同決定的解析關係。
  • 中科院發現新一類三重簡併拓撲半金屬—新聞—科學網
    中科院強磁場中心
  • 拓撲半金屬材料研究取得新進展—論文—科學網
    最近，中國科學院合肥物質科學研究院強磁場科學中心研究員田明亮課題組在拓撲半金屬研究中取得新進展。
  • 科學家發現兩類在反鐵磁體中存在的拓撲磁激發
    拓撲能帶理論在電子體系中首先被提出並應用，它幫助研究者在理論和實驗上發現了反常量子霍爾效應態、拓撲絕緣體、拓撲半金屬等新奇物態，是近十年來凝聚態理論的核心研究課題之一
  • 量子研究新發現：能產生奇異量子效應的拓撲磁體
    量子磁體，在無耗散電流、高存儲容量和未來綠色技術方面是一類很有應用前景的平臺。據美國&34;網站7月22日消息稱，美國普林斯頓大學領導的國際研究團隊在本周的《自然》雜誌中報導，他們在一種原始磁體中發現了量子化的拓撲相位，而這種磁體與新型量子效應相關的特性可以延伸至室溫環境中。
  • 「拓撲相變」與「超級材料」的軍事應用前景
    拓撲理論的發現為後來拓撲材料的出現奠定了基礎，並對材料學、信息科學技術研究乃至拓撲量子計算等的前沿領域研究具有劃時代的意義。拓撲學(topology)是研究幾何圖形或空間在連續改變形狀後還能保持一些性質不變的學科。它只考慮物體間的位置關係而不考慮它們的形狀和大小。幾何拓撲學是十九世紀形成的一門數學分支，它屬於幾何學的範疇。
  • 浙大科學家全球首次突破光學拓撲絕緣體研究,劍指6G
    在拓撲物理學中，最火熱的研究概念莫過於拓撲絕緣體，自 2007 年被發現以來，逐漸成為了凝聚態物理領域的一個新熱點，並被認為是繼石墨烯（2010 年諾貝爾物理學獎）之後的」Next Big Thing」，它對基礎物理的理解以及半導體器件的應用都有很大的價值。
  • 我科學家發現新一類半金屬
    記者從中科院強磁場科學中心獲悉，該中心田明亮研究員課題組通過對層狀結構的PtBi2在40特斯拉高磁場下的量子輸運特性測量及第一性原理能帶計算研究，發現層狀結構的PtBi2是新一類三重簡併拓撲半金屬，相關研究成果日前在線發表在《自然·通訊》上。
  • 高通量研究使拓撲學更具「磁性」：上百種磁性拓撲材料被發現
    研究人員可以利用完整的帶拓撲理論對非磁性晶體的電子結構進行分類。然而，磁性材料的類似分類法則仍然是一個謎，因此，目前發現的磁性拓撲材料數量非常有限。《自然》雜誌當地時間10月28日發文稱，一個國際研究團隊首次對磁性拓撲材料進行了高通量研究，並由此發現了100多種新的磁性拓撲絕緣體和半金屬。
  • 物理所成功預言一類新拓撲絕緣體
    然而，目前被實驗證實的三維拓撲絕緣體的種類和數量還很有限，具有優異物理性質且能夠在實際工程中發揮重要作用的材料就更少，因此搜尋更多性能優良的三維拓撲絕緣體材料顯然具有重要的科學意義和工程價值。根據拓撲能帶理論，拓撲絕緣體和普通絕緣體可以由拓撲不變量Z2來區分。Z2可以用晶體中BLOCH態的貝裡(Berry)相位來刻畫。
  • 在人造光子材料中,發現捕捉光的新方法,改變了光波的共同行為!
    ，提出了一種在人造光子材料中捕捉光的新方法，這可能會極大地提高在線數據的傳輸速度。城市學院物理學家亞歷山大·B·哈尼卡耶夫領導的拓撲光子超材料的研究表明：超材料中的遠程相互作用改變了光波的共同行為，迫使它們在空間中局域化。此外，研究表明，通過控制這種相互作用的程度，人們可以在光波的俘獲特性和擴展(傳播)特性之間切換。捕捉光的新方法，能設計出新型的光學諧振器，這可能會對日常使用的設備產生重大影響。
  • ...31歲浙大科學家全球首次突破光學拓撲絕緣體研究,太赫茲互聯...
    圖 | 一種重要的拓撲學結構：莫比烏斯帶（來源：IC photo）　　在拓撲物理學中，最火熱的研究概念莫過於拓撲絕緣體，自 2007 年被發現以來，逐漸成為了凝聚態物理領域的一個新熱點，並被認為是繼石墨烯
  • 浙大科學家首次突破光學拓撲絕緣體研究,太赫茲互聯技術劍指6G
    圖 | 一種重要的拓撲學結構：莫比烏斯帶（來源：IC photo）在拓撲物理學中，最火熱的研究概念莫過於拓撲絕緣體，自 2007 年被發現以來，逐漸成為了凝聚態物理領域的一個新熱點，並被認為是繼石墨烯（2010 年諾貝爾物理學獎）之後的」Next Big Thing」，它對基礎物理的理解以及半導體器件的應用都有很大的價值。
  • 科學家發現新的新的拓撲絕緣體—鉍
    Vergniory，發現了一類新的材料：高階拓撲絕緣體，相關研究成果近期已發表在了《自然物理學》雜誌上，題為《鉍中的高階拓撲》。理論物理學家首先預測了這些絕緣體的存在，這些絕緣體在晶體邊緣具有導電性能而不是在其表面上，並且具有導電性而不會消散的特性。 現在，這些新特性在鉍中通過實驗證明。
  • 《自然—材料》:拓撲相變用於提高熱電優值—新聞—科學網
  • 物理所等提出一類基於鐵基非常規配對的拓撲超導體
    近年來，鐵基高溫超導體作為自賦性拓撲超導體，引起了科研人員的興趣。理論研究表明，鐵基高溫超導體是一個理想的實現Majorana零能模的體系；科研人員在多個鐵基材料表面觀測到Majorana零能模，揭開了在鐵基超導體系中探尋Majorana零能模的序幕，這使鐵基超導體可能成為拓撲計算的載體。但目前的研究與鐵基超導態最根本的性質——非常規電子配對，沒有直接聯繫。
  • 量子材料研究的新範式以精確模型計算及實驗揭示拓撲物質特性
    拓撲相是以拓撲學原理研究物質分類和相變現象的新興學科，在凝聚態物理學中發展迅速，其中的Kosterlitz-Thouless (KT) 相，自1970年代提出以來，一直未有在磁性晶體材料中被發現，直到是次研究工作，終於在稀土磁體TmMgGaO4 （TMGO） 材料中找到其存在的證據。
  • InfoMat前沿信息:石墨烯新發現:魔角扭曲雙層石墨烯中存在物質的新拓撲相
    存在拓撲電子狀態的魔角扭曲雙層石墨烯，可以製備垂直取向石墨烯納米通道水過濾膜的新方法，為鋅基水系電池開拓新方向的新型無陽極鋅電池；本期「
  • 物理系《科學》發文 揭示拓撲誘導的磁性量子相變
    物理系《科學》發文 揭示拓撲誘導的磁性量子相變為可能的器件應用提供了一個理想的平臺        清華新聞網3月29日電 清華大學物理系的研究人員與合作者在拓撲絕緣體的研究中取得重要進展，發現了磁性摻雜拓撲絕緣體中由能帶拓撲量子相變而導致的磁性量子相變
  • 清華大學物理系研究團隊發現內稟磁性拓撲絕緣體
    清華大學物理系研究團隊發現內稟磁性拓撲絕緣體清華新聞網6月20日電 近日，清華大學物理系何珂、薛其坤等人的實驗研究團隊和徐勇、段文暉等人的理論研究團隊合作首次發現了一種內稟磁性拓撲絕緣體MnBi2Te4，為提升量子反常霍爾效應的溫度開闢了一條新的道路，並為多種新奇拓撲量子物態和效應的研究提供了一個理想平臺