Las guías de onda y los resonadores son componentes básicos de la electrónica, fotónica, y fonética, tanto en escenarios actuales como futuros. En determinadas situaciones (espacio o frecuencia), el acoplamiento crítico puede ocurrir entre los dos componentes, es decir., no pasa energía a través de la guía de ondas después de que la onda entrante se acopla al resonador. Las características espectrales de transmisión resultantes de este fenómeno son muy ventajosas para el filtrado de señales, traspuesta, multiplexación, sintiendo etc. Sin embargo, bajo el mecanismo existente, la aparición de acoplamientos críticos siempre conduce a una mayor reflexión en el canal de entrada debido a la inevitable retrodispersión en la práctica. Esta reflexión inducirá aún más la diafonía (ruido) intra e intercanal en un sistema integrado, cuya acumulación tenderá a generar grandes degradaciones del rendimiento, o incluso resultar en una falla rápida de las funciones del sistema. A diferencia del sistema electrónico, un diodo fotónico o fonónico integrado pasivo no se ha puesto en práctica hasta ahora, aunque se han hecho muchos intentos notables. Por lo tanto, evitando reflexiones de entrada, especialmente en dispositivos funcionales espectrales, plantea un desafío para un mayor desarrollo de circuitos integrados fotónicos o fonónicos.

Recientemente, Yu y sus colegas de la Universidad de Nanjing han diseñado un resonador de guía de ondas completamente nuevo utilizando el principio de aislante topológico (TI), que resuelve fundamentalmente el problema anterior de "reflexión de entrada". Como gran logro en la física de la materia condensada desde este siglo, Los materiales de TI prometen crear futuros equipos electrónicos y computadoras de alto rendimiento, dado que los electrones con espín ± ½ en los límites de TI son conductores unidireccionales sin pérdidas mientras se mueven en una superautopista. Construyendo spin artificial ± ½, Los TI fotónicos y fonónicos también se han propuesto y creado en los últimos años, ofreciendo guías de onda revolucionarias para fotones y fonones con bloqueo de dirección de giro en los límites de TI. Los transportes de fotones / fonones en estas guías de onda están libres de retrodispersión a defectos como imperfecciones de fabricación o dobleces arbitrarios, sin pérdidas inducidas a su energía de transmisión.

Siguiendo estas guías de ondas ideales, Una pregunta impulsada por la aplicación que invita a la reflexión es si las funciones espectrales se pueden implementar dentro de ellas. Específicamente, se pregunta si existe una solución de resonador que coincida con estas guías de ondas de TI. Una forma eficaz es envolver las propias guías de ondas de TI en bucles cerrados, creando resonadores de anillo de TI como galerías de susurros en muchos escenarios acústicos y ópticos. La investigación en la Universidad de Nanjing encontró que, a diferencia de los resonadores de anillo convencionales, un resonador de anillo de TI inevitablemente admite dos tipos de modos simultáneamente, es decir., modos de galería susurrante de ondas viajeras (WGM) y modos de onda estacionaria dividida (SWM). En el resonador TI, estos dos tipos de modos admiten diferentes números cuánticos de espín (± ½ y 0), respectivamente, por lo tanto, es necesario cumplir con diferentes condiciones para el acoplamiento crítico a la guía de ondas de TI.

Cuando un resonador TI-SWM se acopla a una guía de ondas TI, porque el SWM sin spin (spin 0) se puede convertir con los modos hacia adelante (con spin + ½) y hacia atrás (con spin -½) en la guía de ondas de TI, incluso si el estado inicial de todo el sistema tiene solo un giro arbitrario (+ ½, 0, o -½), finalmente, los tres giros (+ ½, 0, y -½) puede emocionarse. Como consecuencia, siempre hay una reflexión de entrada cuando se produce un acoplamiento crítico, similar a los escenarios convencionales. Ventajosamente, cuando un resonador TI-WGM está acoplado a una guía de ondas TI, porque ambos admiten los mismos giros ± ½ bloqueados con la dirección de la onda, si el estado inicial del sistema tiene un solo giro, luego los reflejos hacia atrás con el giro opuesto no pueden ser excitados, incluso en el caso de acoplamiento crítico. Este último acoplamiento crítico es particularmente favorable porque cuando se encuentra:1) las reflexiones y el ruido inducido se eliminan por completo mientras se retienen las características espectrales de transmisión requeridas y 2) la energía incidente está ligada completamente dentro del resonador sin un canal a través del cual salir, resultando en una capacidad / densidad de energía extremadamente alta. Todas estas ventajas permiten que el resonador-guía de ondas de TI supere el rendimiento de todos los diseños convencionales.

Esta investigación proporciona un fuerte apoyo para aplicar el principio de aisladores topológicos al rendimiento y las funcionalidades prácticas de los dispositivos. Abre una vía para la fotónica y fonónica topológica integrada para, por ejemplo, procesamiento de señal avanzado, sintiendo láser tanto en regiones clásicas como cuánticas.