La luz puede participar en fenómenos peculiares a nanoescala. La exploración de estos fenómenos puede desbloquear aplicaciones sofisticadas y proporcionar información útil sobre las interacciones entre las ondas de luz y otros materiales.

En un estudio reciente, Los científicos de la Universidad de Cornell proponen un método novedoso mediante el cual la luz a nanoescala se puede manipular y transportar. Se sabe que estos modos especiales de transporte ligero surgen en interfaces finamente ajustadas entre nanomateriales ligeramente diferentes. Minwoo Jung, investigador principal de este estudio, ilustra este concepto a través de una analogía simple:"Un tubo flotante tiene un agujero en el medio, pero un globo normal no lo hace. No importa cómo aprietes el globo redondo, no se puede reformar como una rosquilla, al menos no sin hacer estallar el globo, re-tejiendo la goma, y reinyectando el aire. Por lo tanto, un tubo y un globo son distintos en su topología porque no están conectados a través de una deformación suave ".

Jung explica además que los físicos han estado interesados ​​en pegar dos materiales topológicamente distintos uno al lado del otro para que uno de ellos actúe como un globo y el otro como un tubo. Esto significa que, en su interfaz, debe ocurrir un proceso que conecte estos dos materiales, al igual que empujar / hacer estallar / volver a tejer / reinyectar de un globo a un tubo. En las condiciones adecuadas, este proceso puede dar lugar a un canal fuerte para transmitir energía o información a lo largo de la interfaz. Debido a que este proceso se puede aplicar a la luz (que actúa como portadora de energía o información), esta rama de la física se llama fotónica topológica.

Jung y su equipo combinaron el fascinante concepto de fotónica topológica con una técnica innovadora que atrapa la luz en un material atómicamente delgado. Este método reunió dos campos de rápida aparición en la física aplicada y fundamental:la nanocámara de grafeno y la fotónica topológica. Jung dice, "El grafeno es una plataforma prometedora para almacenar y controlar la luz a nanoescala y podría ser clave en el desarrollo de dispositivos nanofotónicos en chip y ultracompactos, como guías de ondas y cavidades ".

El equipo de investigación realizó simulaciones con una hoja de grafeno en capas sobre un material con nanopatrones que funciona como metagate. Este metagate en forma de panal consta de una capa sólida de material con orificios de diferentes tamaños, centrado en los vértices de los hexágonos. Los radios variables de estos agujeros afectan la forma en que los fotones atraviesan el material. Los científicos descubrieron que "pegar" estratégicamente dos metagate diferentes crea un efecto topológico que confina los fotones en su interfaz de una manera predecible, manera controlable.

Las diferentes opciones de diseños de metagate demuestran la jerarquía dimensional de la topología del dispositivo. Específicamente, dependiendo de la geometría de la metagate, Se puede hacer que nanolight fluya a lo largo de los bordes unidimensionales de la interfaz topológica o se puede almacenar topológicamente en vértices de dimensión cero (en forma de puntos). Es más, el metagate permite el encendido y apagado eléctrico de estas guías de ondas o cavidades. Estos efectos topológicos que funcionan con baterías pueden beneficiar la adopción tecnológica de la fotónica topológica en dispositivos prácticos.

El equipo de Jung es optimista de que la combinación sinérgica de nanoligero de grafeno y fotónica topológica estimulará avances en áreas de investigación relevantes, como la óptica, ciencias de los materiales, y física del estado sólido. Su sistema de material basado en grafeno es simple, eficiente, y adecuado para aplicaciones nanofotónicas:un paso adelante para aprovechar todo el potencial de la luz.