أعلن الباحثون اختراق الفوتون-فونون

اكتشف بحث جديد أجراه فريق من City College of New York طريقة جديدة للجمع بين حالتين مختلفتين للمادة. لأول مرة ، تم دمج الفوتونات الطوبولوجية – الضوء – مع الاهتزازات الشبكية ، والمعروفة أيضًا باسم الفونونات ، لمعالجة انتشارها بطريقة قوية ويمكن التحكم فيها.

استخدمت الدراسة الضوئيات الطوبولوجية ، وهو اتجاه ناشئ في الضوئيات يستفيد من الأفكار الأساسية في المجال الرياضي للطوبولوجيا حول الكميات المحفوظة – الثوابت الطوبولوجية – التي تظل ثابتة عند تغيير أجزاء من كائن هندسي تحت التشوهات المستمرة. أحد أبسط الأمثلة على هذه الثوابت هو عدد الثقوب ، والتي ، على سبيل المثال ، تجعل الدونات والكوب متكافئين طوبولوجياً. تعطي الخصائص الطوبولوجية الفوتونات حلزونية ، حيث تدور الفوتونات أثناء انتشارها ، مما يؤدي إلى خصائص فريدة وغير متوقعة ، مثل المتانة للعيوب والانتشار أحادي الاتجاه على طول الواجهات بين المواد الطوبولوجية. من خلال التفاعلات مع الاهتزازات في البلورات ، يمكن بعد ذلك استخدام هذه الفوتونات الحلزونية للقناة ضوء الأشعة تحت الحمراء مع الاهتزازات.

الآثار المترتبة على هذا العمل واسعة ، لا سيما السماح للباحثين بتطوير مطياف رامان ، والذي يستخدم لتحديد الأنماط الاهتزازية للجزيئات. تظهر الأبحاث أيضًا وعدًا بالتحليل الطيفي الاهتزازي ، المعروف أيضًا باسم مطياف الأشعة تحت الحمراء—الذي يقيس تفاعل الأشعة تحت الحمراء مع المادة عن طريق الامتصاص أو الانبعاث أو الانعكاس. يمكن بعد ذلك استخدام هذا في الدراسة والتعرف والتوصيف مواد كيميائية.

“لقد ربطنا الفوتونات الحلزونية بـ اهتزازات الشبكة في سداسية نيتريد البورونقال ألكسندر خانيكيف ، كبير المؤلفين والفيزيائيين المنتسبين في كلية جروف للهندسة في CCNY: “انها نصف ضوء ونصف الاهتزازات. نظرًا لأن ضوء الأشعة تحت الحمراء واهتزازات الشبكة مرتبطة بالحرارة ، فقد أنشأنا قنوات جديدة للانتشار المتزامن للضوء والحرارة. كقاعدة عامة ، من الصعب للغاية التحكم في اهتزازات الشبكة ، ولم يكن توجيهها حول الأعطال والزوايا الحادة ممكنًا من قبل “.

يمكن للمنهجية الجديدة أيضًا تنفيذ نقل الحرارة الإشعاعي الاتجاهي ، وهو شكل من أشكال نقل الطاقة يتم فيه تبديد الحرارة بواسطة الموجات الكهرومغناطيسية.

أضاف الدكتور سريرام جودالا ، باحث ما بعد الدكتوراة في مجموعة البروفيسور خانيكيف ، والمؤلف الأول لـ مخطوطة. “تسمح لنا هذه الطريقة أيضًا بتغيير اتجاه انتشار الاهتزاز على طول هذه القنوات ، للأمام أو للخلف ، ببساطة عن طريق تغيير اتجاه استقطاب شعاع الليزر الساقط. ومن المثير للاهتمام ، أنه مع انتشار الفونونات – القطبية ، تدور الاهتزازات أيضًا مع التيار الكهربائي التيار. هذه طريقة جديدة تمامًا لتوجيه اهتزازات الشبكة وتدويرها ، مما يجعلها أيضًا حلزونية. “

نُشرت الدراسة في المجلة بعنوان “تحويل الفونون-بولاريتون الطوبولوجي في الأسطح السطحية للأشعة تحت الحمراء المتوسطة”. علم.