Difahamkan bahawa jenis peranti baharu yang dipanggil laser topologi boleh mengeluarkan cahaya dengan lebih cekap berbanding laser tradisional. Kini, saintis telah mencipta laser topologi dipacu elektrik pertama yang berfungsi pada suhu bilik, yang boleh digunakan dalam bidang telekomunikasi.
Topologi ialah satu cabang matematik yang mengkaji aspek bentuk mana yang boleh bertahan daripada ubah bentuk. Sebagai contoh, objek berbentuk cincin mungkin berubah bentuk menjadi bentuk cawan, dan lubang pada cincin membentuk lubang pada pemegang cawan. Walau bagaimanapun, objek ini tidak boleh diubah menjadi bentuk yang berbeza secara asas, tidak berliang.
Dengan menggunakan perspektif topologi, penyelidik membangunkan penebat topologi elektronik pertama pada tahun 2007. Penebat ini adalah penebat dalaman dan konduktif luaran. Elektron yang bergerak di sepanjang tepi atau permukaan bahan ini sangat menentang sebarang gangguan yang mungkin mengubah alirannya, dan dipanggil "dilindungi secara topologi".
Para saintis kemudian mereka bentuk penebat topologi fotonik di mana cahaya dilindungi sama. Bahan-bahan ini mempunyai perubahan struktur yang tetap, supaya cahaya dengan panjang gelombang tertentu mengalir di sepanjang bahagian luarnya, dan tiada serakan atau kehilangan walaupun pada sudut dan kecacatan.
Langkah seterusnya ialah membangunkan laser yang merangkumi perlindungan topologi. Laser topologi jenis ini hanya boleh menghasilkan cahaya dengan panjang gelombang yang dikehendaki dengan berkesan, bukannya membazir tenaga dengan menghasilkan panjang gelombang yang tidak diingini. Di samping itu, "mereka tidak begitu sensitif terhadap kecacatan yang mungkin berlaku semasa pembuatan atau operasi", yang bermaksud bahawa walaupun mereka mempunyai kecacatan, mereka akan menghasilkan cahaya tulen seperti itu, kata Mercedeh Khajavikhan, seorang ahli fizik di University of Southern California di Los Angeles. Oleh itu, Laser topologi boleh melihat output yang lebih tinggi dan prestasi yang lebih berkuasa dalam proses pengeluaran.
Walau bagaimanapun, laser topologi pertama memerlukan laser luaran untuk merangsang mereka untuk berfungsi, yang mengehadkan aplikasi praktikal. Baru-baru ini, saintis telah membangunkan laser topologi dipacu elektrik, tetapi laser ini memerlukan suhu rendah -264 darjah, yang juga mengehadkan aplikasinya.
Pengarang utama kajian itu Jae-Hyuck Choi di University of Southern California, Khajavikhan, dan rakan sekerja lain telah membangunkan laser topologi suhu bilik yang dipam elektrik pertama. Mereka memperincikan penemuan mereka dalam Nature Communications keluaran 8 Jun.
Peranti baharu ini terdiri daripada rangkaian gelang 10×10, setiap gelang selebar 30 mikron. Cincin ini disambungkan antara satu sama lain dengan cincin segi empat tepat kecil kira-kira 5 mikron lebar. Semua cincin ini adalah struktur sandwic yang terdiri daripada semikonduktor berbilang lapisan, seperti indium gallium arsenide, indium phosphide, dan indium gallium indium arsenide.
Laser tradisional hanya mempunyai satu rongga resonan yang menyimpan tenaga cahaya, supaya ia boleh menjana cahaya laser. Satu cara untuk meningkatkan kuasa keluaran laser adalah dengan memberikannya rongga yang lebih besar, tetapi ini akan menyebabkan laser memancarkan berbilang frekuensi dan bukannya satu. Khajavikhan berkata bahawa laser topologi baharu ini menggunakan grid gelang 10×10 sebagai resonator berganda berganding, "sama seperti membina rumah dengan berbilang bilik" untuk membantu memancarkan cahaya panjang gelombang tunggal tulen.
Apabila elektrod di pinggir tatasusunan dipam secara elektrik ke dalam grid, halo menghasilkan cahaya laser dengan panjang gelombang 1.5 mikron, yang merupakan panjang gelombang yang paling biasa digunakan dalam komunikasi gentian optik. Saiz dan geometri gelang, lokasi antara gelang, dan ketebalan khusus serta komposisi lapisan semikonduktor membantu memastikan cahaya dalam laser dilindungi secara topologi.
Perlindungan topologi membantu laser berfungsi, walaupun beberapa cincin akan hilang. Topologi peranti juga membantu untuk memastikan bahawa cahaya yang dipancarkan adalah hampir semua panjang gelombang yang diperlukan-susunan yang serupa, lokasi gelang sedikit berbeza, jadi topologi berbeza, dan ia mengeluarkan kurang cahaya yang terdiri daripada beberapa panjang gelombang yang berbeza. . Spektrum tulen.
"Fotonik topologi telah membolehkan penyambungan berbilang resonator merealisasikan fungsi baharu dan dipertingkatkan," kata Khajavikhan. "Daripada media sosial kepada ekosistem biologi, ketersambungan menentukan fungsi rangkaian, Memainkan peranan penting dalam kejayaan dan daya tahan."
