Fizik alanında, sentetik boyutlar (SD’ler) aktif araştırmaların sınırlarından biri olarak ortaya çıkmış ve normal 3D geometrik uzayımızın ötesinde daha yüksek boyutlu alanlardaki fenomenleri araştırmak için bir araç sağlamaktadır.
Bu kavram özellikle topolojik fotonik alanında büyük ilgi görmekle beraber, sıradan boyutlarda ulaşılamayan fiziği ortaya çıkarma potansiyeline de sahip.
Araştırmacılar, dört boyutta veya daha yüksek boyutlarda sentetik gösterge alanları, Kuantum Hall fiziği, ayrık solitonlar ve topolojik faz geçişleri gibi fenomenleri yakalamak amacıyla SD’leri incelemek ve uygulamak için çeşitli teorik çerçeveler önermişlerdir. Bu öneriler fizikte yeni temel anlayışa yol açıp yeni alanlarda çalışmalara fırsat sunabilir.
3B uzaydaki temel zorluklardan biri, belirli bağlantılara sahip karmaşık kafes yapıların deneysel olarak inşa edilmesidir. SD’ler, anizotropik, uzun menzilli veya dağıtıcı bağlantılara sahip karmaşık rezonatör ağları oluşturmayı kolaylaştırarak bir çözüm sağlar. Bu olasılık şimdiden Hermitian olmayan topolojik sargı, parite-zaman simetrisi ve çeşitli diğer fenomenlerin benzeri görülmemiş gösterileriyle sonuçlanmıştır.
SD’ler, frekans modları, uzamsal modlar ve yörüngesel açısal momentler gibi bir dizi sistem parametresi veya serbestlik derecesi kullanılarak oluşturulabilir ve optik iletişimden topolojik yalıtkan lazerlere kadar çeşitli uygulamalar için umut vaat ederler.
Bu alandaki kilit hedef, herhangi bir mod çiftinin kontrollü bir şekilde bağlanabildiği “ütopik” bir rezonatör ağı oluşturmaktır. Bu hedefe ulaşmak için fotonik sistemler içinde hassas mod modülasyonu gerekir; bu da veri iletimini, enerji toplama verimliliğini ve lazer dizisi parlaklığını iyileştirme fırsatları sunar.
Uluslararası bir araştırmacı ekibi sentetik modal boyutlar oluşturmak için özelleştirilebilir dalga kılavuzu dizileri geliştirdi. Bu gelişme, fotonik bir sistemde doğrusal olmama ya da hermitisite gibi karmaşık ek özelliklere gerek kalmadan ışığın etkili bir şekilde kontrol edilmesini sağlıyor.
Profesör Chen’e göre, sistem içindeki farklı ışık modlarını değiştirme kapasitesi, bizi bir deneyin tüm parametrelerinin tamamen ayarlanabilir olduğu ‘ütopik’ ağlar geliştirmeye bir adım daha yaklaştırıyor.
Araştırmacıların yöntemi, ışığın çeşitli modları arasındaki değişimlere karşılık gelen yayılımlar için pertürbasyonların (“kıpırdama frekansları”) modüle edilmesini içeriyor. Bunu yapmak için, gerçek uzayda dalga kılavuzu dizileri oluşturmak üzere yapay sinir ağları (YSA’lar) kullanıyorlar.
YSA’lara tam olarak gerekli mod modellerine sahip dalga kılavuzu kurulumları oluşturmaları öğretiliyor. Bu testler ışığın diziler içinde nasıl yayıldığını ve kısıtlandığını gösteriyor.
Son olarak araştırmacılar, Su-Schrieffer-Heeger (SSH) kafesi olarak bilinen benzersiz bir fotonik kafes yapısı oluşturmak için YSA’ları kullanıyor.
Bu kafes, sistem boyunca ışığın topolojik kontrolüne izin veren benzersiz bir özelliğe sahiptir. Bu, ışığın hareket ettiği yığın modunu değiştirmelerini sağlayarak sentetik boyutlarının farklı özelliklerini vurgulamaktadır.
Bu çalışmanın sonuçları önemlidir. Araştırmacılar, dalga kılavuzu mesafelerini ve frekanslarını ince ayarlayarak, entegre fotonik cihazların tasarımını ve üretimini geliştirmeyi umuyor.
Profesör Buljan’a göre, bu çalışma geometrik olarak ulaşılamayan fiziğe bir bakış sağlıyor. Mod lasing, kuantum optik ve veri iletimi dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için potansiyele sahiptir.
Hem Chen hem de Buljan, YSA’ların sağladığı topolojik ve sentetik boyut fotoniğinin etkileşiminin keşif için yeni yollar açtığına ve potansiyel olarak benzersiz malzeme ve cihaz uygulamalarına yol açtığına dikkat çekiyor.
Kaynak: https://phys.org/news
