La fotónica topológica sustenta un paradigma prometedor para la manipulación robusta de la luz, así como el diseño inteligente de dispositivos ópticos con confiabilidad mejorada y funcionalidades avanzadas que se rigen por la topología de banda no trivial. Las nanoestructuras hechas de materiales dieléctricos de alto índice con elementos resonantes y arreglos de celosía muestran una promesa especial para la implementación del orden topológico para la luz a nanoescala y aplicaciones ópticas en chip. Los dieléctricos de alto índice, como los semiconductores III-V, que pueden contener una gran ganancia óptica mejorada por la localización del campo topológico, forman una plataforma prometedora para la nanofotónica topológica activa.

En un nuevo artículo publicado en Ciencia y aplicación de la luz , un equipo de científicos, dirigido por Yuri Kivshar de la Universidad Nacional de Australia y el Parque Hong-Gyu de la Universidad de Corea, y compañeros de trabajo han implementado cavidades nanofotónicas en una membrana InGaAsP con nanopatrones que incorpora pozos cuánticos de semiconductores III-V. Las nanocavidades exhiben un análogo fotónico del efecto Hall del valle. Los investigadores demostraron el láser de bajo umbral a temperatura ambiente desde un modo de cavidad alojado dentro de la banda prohibida topológica de la estructura.

La imagen SEM de la estructura fabricada y los resultados experimentales se muestran en la imagen. La cavidad se basa en la pared del dominio Hall del valle cerrado creada por la inversión de tamaños asombrosos de nanoagujeros en una celosía de panal bipartita. En el rango de frecuencia de banda prohibida topológica, la cavidad admite un espectro cuantificado de modos confinados a la pared del dominio. Las imágenes muestran perfiles de emisión en el espacio real por debajo y por encima del umbral.

Los científicos explican:

"En el experimento, Primero observamos la emisión espontánea de la cavidad. El perfil de emisión muestra la mejora a lo largo de todo el perímetro de la cavidad triangular asociada con los estados de los bordes. Al aumentar la potencia de una bomba, observamos una transición de umbral a láser con un ancho de línea estrecho donde la emisión se limita a las tres esquinas ".

Cuando dos puntos están aislados, La coherencia de la emisión se confirma mediante las franjas de interferencia observadas en los diagramas de radiación de campo lejano medidos. Una esquina aislada emite un rayo en forma de rosquilla que lleva una singularidad. Estos hallazgos dan un paso adelante con fuentes de luz ultrafinas controladas topológicamente con características de radiación no triviales.

"La plataforma totalmente dieléctrica propuesta es prometedora para el diseño versátil de metasuperficies topológicas activas con fuentes de luz integradas. Tales nanocavidades topológicas tienen un gran potencial para los avances en nanofotónica no lineal, nanoláser de baja potencia y electrodinámica cuántica de cavidades ".