חוקרי הטכניון פיתחו התקן חדש להעברת אור

המחקר התפרסם השבוע בכתב העת נייצ'ר * הפיתוח עשוי להיות מרכיב מרכזי בתעשיית הפוטוניקה

חוקרים בטכניון פיתחו, והדגימו בהצלחה, Floquet topological insulator פוטוני – התקן חדש המשמש להעברת אור דרך שבכה ייחודית של "מוליכי-גל" (waveguides). הפיתוח עשוי להוות מרכיב מרכזי בתעשיית הפוטוניקה. תיאור שלו פורסם בגיליון האחרון של כתב העת Nature.

תעשיית הפוטוניקה פועלת בלבו של תחום המיחשוב והתקשורת המודרני. היא מאפשרת העברה מהירה מאוד של מידע עצום באמצעות קווים אופטיים החוצים את האוקיינוסים. טכנולוגיית פוטוניקה (לדוגמה, טכנולוגיה המבוססת על שטף האור ובקרת האור) היא מרכיב מרכזי ב-DVD, בייצור של שבבי מיחשוב ובתאים סולריים.

ככל שעולם המיחשוב נעשה מהיר יותר, והשבבים נהיים עמוסים יותר, גדל הצורך בהתקנים זעירים יותר ויותר השולטים באור. עם זאת, כאשר ההתקנים הולכים ומתמזערים, לפגמים בתהליך הייצור עלולות להיות השלכות משמעותיות – שטף-אור לא רגיל ולא צפוי. במילים אחרות, נדרשת מתודולוגיה חדשה שתמנע פיזור בלתי רצוי כתוצאה מפגמים מכל סוג שהוא.

זה בדיוק מה שעשו חוקרים בטכניון, בשיתוף פעולה עם קבוצה מאוניברסיטת פרידריך שילר בעיר יינה, גרמניה. באמצעות שבכה ייחודית של "מוליכי-גל" (waveguides, שהם מעין חוטים המובילים את האור בדומה למוליכי חשמל) הדגימו החוקרים באופן נסיוני Floquet topological insulator פוטוני. מוליכי-הגל מסודרים בצורת כוורת. מבנה כזה, שהינו קטן מרוחב שערת אדם, מספק לאור "הגנה טופולוגית", שמשמעה שהאור נע באופן סדיר למרות הפגמים בחומר. לדברי פרופסור מוטי שגב מהפקולטה לפיסיקה, שהיה מעורב במחקר, "הגנה טופולוגית פירושה שהאור פשוט נע סביב הפגמים בלי להבחין בהם."

הגנה טופולוגית הושגה בפעם הראשונה לא עבור אור אלא לאלקטרונים הנעים בחומר מוצק. עם זאת, ד"ר מייקל רכטסמן וד"ר יונתן פלוטניק מהטכניון, העובדים בהנחייתו של פרופסור שגב, גילו כיצד ליישם הגנה טופולוגית בפוטונים באמצעות מערך של מוליכי-גל המְתקשרים זה עם זה. הצעד הבא לקראת הגנה טופולוגית היה יצירת מערך סלילי (ולא ישר) של מוליכי-גל. "המבנה הסלילי של מוליכי-הגל שובר את הסימטריה, כך שבתנועה קדימה מסתובבים מוליכי-הגל בכיוון השעון ובכיוון ההפוך – כנגד כיוון השעון," אמר ד"ר מיכאל רכטסמן. "בתהליך שפיתחנו, זהו מרכיב חיוני במניעת פיזור לא רצוי."

"Floquet topological insulators עשויים להוות פלטפורמה חדשה לגמרי למחקר ולהבנה של הגנה טופולוגית," הסביר רכטסמן. "לדוגמה, כל סוגי הניסויים שביצועם קשה או בלתי אפשרי בחומרים במצב מוצק אפשריים כעת באמצעות האור."