Una nueva investigación realizada por un equipo de City College of New York ha descubierto una forma novedosa de combinar dos estados diferentes de la materia. Por una de las primeras veces, fotones topológicos, la luz, se ha combinado con vibraciones de celosía, también conocido como fonones, manipular su propagación de forma robusta y controlable.

El estudio utilizó fotónica topológica, una dirección emergente en fotónica que aprovecha las ideas fundamentales del campo matemático de la topología sobre las cantidades conservadas, invariantes topológicas, que permanecen constantes al alterar partes de un objeto geométrico bajo deformaciones continuas. Uno de los ejemplos más simples de tales invariantes es el número de agujeros, cuales, por ejemplo, hace que la rosquilla y la taza sean equivalentes desde el punto de vista topológico. Las propiedades topológicas dotan a los fotones de helicidad, cuando los fotones giran a medida que se propagan, conduciendo a características únicas e inesperadas, tales como robustez a defectos y propagación unidireccional a lo largo de interfaces entre materiales topológicamente distintos. Gracias a las interacciones con las vibraciones en los cristales, estos fotones helicoidales se pueden utilizar para canalizar la luz infrarroja junto con las vibraciones.

Las implicaciones de este trabajo son amplias, en particular, permitiendo a los investigadores avanzar en la espectroscopia Raman, que se utiliza para determinar los modos vibracionales de las moléculas. La investigación también es prometedora para la espectroscopia vibratoria, también conocida como espectroscopia infrarroja, que mide la interacción de la radiación infrarroja con la materia a través de la absorción. emisión, o reflexión. Esto luego se puede utilizar para estudiar e identificar y caracterizar sustancias químicas.

"Acoplamos fotones helicoidales con vibraciones de celosía en nitruro de boro hexagonal, creando una nueva materia híbrida denominada fonón-polaritones, "dijo Alexander Khanikaev, autor principal y físico afiliado a la Escuela de Ingeniería Grove de CCNY. "Es mitad luz y mitad vibraciones. Dado que la luz infrarroja y las vibraciones reticulares están asociadas con el calor, Creamos nuevos canales para la propagación de la luz y el calor juntos. Típicamente, las vibraciones de celosía son muy difíciles de controlar, y antes era imposible guiarlos alrededor de defectos y esquinas afiladas ".

La nueva metodología también puede implementar transferencia de calor radiativa direccional, una forma de transferencia de energía durante la cual el calor se disipa a través de ondas electromagnéticas.

"Podemos crear canales de forma arbitraria para que esta forma de excitaciones híbridas de luz y materia sean guiadas dentro de un material bidimensional que creamos, "añadió el Dr. Sriram Guddala, investigador postdoctoral en el grupo del Prof. Khanikaev y primer autor del manuscrito. "Este método también nos permite cambiar la dirección de propagación de las vibraciones a lo largo de estos canales, hacia adelante o hacia atrás, simplemente cambiando las polarizaciones de la mano del rayo láser incidente. Curiosamente, a medida que se propagan los fonones-polaritones, las vibraciones también giran junto con el campo eléctrico. Esta es una forma completamente nueva de guiar y rotar vibraciones de celosía, lo que también los hace helicoidales ".

Titulado "Canalización topológica de fonón-polaritón en metasuperficies infrarrojas medias, "el estudio aparece en la revista Ciencias .