Ma'lumki, topologik lazer deb ataladigan yangi turdagi qurilma yorug'likni an'anaviy lazerlarga qaraganda samaraliroq chiqarishi mumkin. Hozir olimlar birinchi bo'lib xona haroratida ishlaydigan, telekommunikatsiya sohasida qo'llanilishi mumkin bo'lgan elektr toki bilan boshqariladigan topologik lazerni yaratdilar.
Topologiya - bu shaklning qaysi tomonlari deformatsiyadan omon qolishini o'rganadigan matematikaning bo'limi. Misol uchun, halqaga o'xshash ob'ekt chashka shaklida deformatsiyalanishi mumkin va halqadagi teshik chashka tutqichidagi teshikni hosil qiladi. Biroq, bu ob'ektni tubdan boshqacha, gözenekli bo'lmagan shaklga o'zgartirish mumkin emas.
Topologiya nuqtai nazaridan foydalanib, tadqiqotchilar 2007 yilda birinchi elektron topologik izolyatorni ishlab chiqdilar. Bu izolyator ichki izolyatsiyalangan va tashqi o'tkazuvchandir. Ushbu materiallarning qirralari yoki sirtlari bo'ylab harakatlanadigan elektronlar ularning oqimini o'zgartirishi mumkin bo'lgan har qanday shovqinlarga kuchli qarshilik ko'rsatadi va "topologik himoyalangan" deb ataladi.
Keyin olimlar yorug'lik xuddi shunday himoyalangan fotonik topologik izolyatorlarni ishlab chiqdilar. Ushbu materiallar strukturada muntazam o'zgarishlarga ega, shuning uchun ma'lum bir to'lqin uzunligidagi yorug'lik ularning tashqi tomoni bo'ylab oqadi va hatto burchak va nuqsonlarda ham tarqalish yoki yo'qotish bo'lmaydi.
Keyingi qadam topologik himoyani o'z ichiga olgan lazerlarni ishlab chiqishdir. Bunday topologik lazer istalmagan to'lqin uzunliklarini ishlab chiqarish orqali energiyani isrof qilish o'rniga, faqat bitta kerakli to'lqin uzunligidagi yorug'likni samarali ishlab chiqarishi mumkin. Bundan tashqari, "ular ishlab chiqarish yoki ekspluatatsiya jarayonida yuzaga kelishi mumkin bo'lgan nuqsonlarga juda sezgir emas", ya'ni ularda nuqsonlar bo'lsa ham, ular shunday sof yorug'lik chiqaradilar, dedi Losdagi Janubiy Kaliforniya universiteti fizigi Mersedeh Xajavixan. Anjeles. Shu sababli, topologik lazerlar ishlab chiqarish jarayonida yuqori chiqish va kuchliroq ishlashni ko'rishlari mumkin.
Biroq, birinchi topologiya lazerlari ularni ishlashga qo'zg'atish uchun tashqi lazerni talab qiladi, bu esa amaliy qo'llanilishini cheklaydi. Yaqinda olimlar elektr toki bilan boshqariladigan topologik lazerlarni ishlab chiqdilar, ammo bu lazerlar -264 daraja past haroratni talab qiladi, bu ham ularning qoʻllanilishini cheklaydi.
Tadqiqotning yetakchi muallifi, Janubiy Kaliforniya universitetidagi Jae-Hyuck Choi, Xajavikhan va boshqa hamkasblar birinchi elektr pompalanadigan xona harorati topologik lazerini ishlab chiqdilar. Ular o'z xulosalarini Nature Communications jurnalining 8 iyun sonida batafsil bayon qilishdi.
Yangi qurilma har bir halqa kengligi 30 mikron bo‘lgan 10×10 halqali tarmoqdan iborat. Bu halqalar bir-biriga kengligi taxminan 5 mikron bo'lgan kichik to'rtburchaklar halqalar bilan bog'langan. Bu halqalarning barchasi indiy galliy arsenid, indiy fosfidi va indiy galyum indiy arsenid kabi ko'p qatlamli yarim o'tkazgichlardan tashkil topgan sendvich tuzilmalardir.
An'anaviy lazerda yorug'lik energiyasini saqlaydigan faqat bitta rezonansli bo'shliq mavjud bo'lib, u lazer nurini yaratishi mumkin. Lazerning chiqish quvvatini oshirish usullaridan biri unga kattaroq bo'shliqni berishdir, ammo bu lazerning bitta chastota o'rniga bir nechta chastotalarni chiqarishiga olib keladi. Xajavikxonning aytishicha, ushbu yangi topologiya lazeri o'zining 10×10 halqali to'ridan bir nechta bog'langan rezonatorlar sifatida "xuddi bir nechta xonali uy qurish kabi" sof bir to'lqinli yorug'lik chiqarishga yordam beradi.
Massivning chetidagi elektrodlar elektr tarmog'iga pompalanganda, halo optik tolali aloqada eng ko'p ishlatiladigan to'lqin uzunligi 1,5 mikron to'lqin uzunligi bo'lgan lazer nurini ishlab chiqaradi. Halqalarning o‘lchami va geometriyasi, halqalar orasidagi joylashuvi, yarimo‘tkazgich qatlamlarining o‘ziga xos qalinligi va tarkibi lazerdagi yorug‘likning topologik himoyalanishiga yordam beradi.
Topologik himoya lazerning ishlashiga yordam beradi, hatto ba'zi halqalar yo'qolsa ham. Qurilmaning topologiyasi, shuningdek, u chiqaradigan yorug'lik deyarli barcha kerakli to'lqin uzunliklarida bo'lishini ta'minlashga yordam beradi - shunga o'xshash massiv, halqaning joylashuvi biroz boshqacha, shuning uchun topologiya boshqacha va bir nechta turli to'lqin uzunliklaridan tashkil topgan kamroq yorug'lik chiqaradi. . Sof spektr.
"Topologik fotonika bir nechta rezonatorlarning o'zaro bog'lanishiga yangi va takomillashtirilgan funktsiyalarni amalga oshirish imkonini berdi", dedi Xajavixan. "Ijtimoiy tarmoqlardan tortib biologik ekotizimlargacha, ulanish tarmoq funktsiyalarini belgilaydi, muvaffaqiyat va chidamlilikda muhim rol o'ynaydi."
