Şimdiye kadar, fizikçiler öncelikle konservatif olarak bağlanmış sistemlerde topolojik aşamalara odaklandılar. Bunlar dağılmayan dinamiklere ve zaman içinde küçülmeyen bir faz alanına sahip sistemlerdir. Bunlar, termodinamik olarak açık sistemler (yani, termodinamik denge dışında çalışan) olan ve zamanla dağılabilen enerji tüketen sistemlerle tam bir tezat içindedirler.
Topoloji Nedir?
Topoloji, bazen “kauçuk levha geometrisi” olarak adlandırılan bir matematik dalıdır; burada iki nesne, bükülme, gerdirme ve büzülme gibi hareketlerle uzayda sürekli olarak deforme edilebilirlerse eşdeğer kabul edilir. Parçaların parçalanmasına veya birbirine yapıştırılmasına izin vermez.
Bu tür sürekli deformasyonlarla değişmeden kalan özellikler, topolojinin ana ilgi alanlarıdır. Topoloji, geometriye benzer olsa da, geometrik olarak eşdeğer nesnelerin genellikle uzunluklar veya açılar gibi sayısal olarak ölçülen miktarları paylaşması bakımından farklılık gösterirken, topolojik olarak eşdeğer nesneler niteliksel olarak birbirine benzemektedir.
Yazımıza tekrardan dönersek;
Dağılımlı bir sistemdeki topolojik fazlar yakın zamanda tanıtıldı ve Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü, Stanford Üniversitesi ve dünyadaki diğer enstitülerdeki araştırmacılar tarafından deneysel olarak gösterildi. Nature Physics dergisinde yayınlanan makaleleri, sonunda üretim kusurlarına daha az eğilimli olan yeni teknolojilerin gelişimini şekillendirmeye yardımcı olabilir diye düşünülüyor.
Çalışma yazarlarından Ali Rıza Marandi, bir, Phys.org’a şunları söyledi.
Topolojik Dağılım Nelere Hizmet Edebilir?
Çevresel gürültüye karşı bağışık ve imalat kusurlarına karşı dirençli olan katı hal elektroniğine ve fononik-fotonik için yeni cihazlara yeni bir araştırma alanını temsil ediyor.”
Dağılma sistemindeki topolojik evreleri göstermenin yanı sıra, Marandi ve meslektaşları topolojik fizik araştırmalarına yardımcı olabilecek deneysel bir platform oluşturdular. Topolojik fotoniği incelemek için geniş ölçekli, esnek bir platform oluşturmak için rezonatör ağları kullandılar.
“Makalemizde, sınır koşullarını değiştirmek ve deneyin ortasında topolojik kafesleri ve egzotik dinamikleri incelemek gibi platformun bazı yeteneklerini gösteriyoruz. Platformumuz daha sentetik boyutlara kolayca ölçeklenebilir haldedir.
Yoğun olarak bağlanmış kafeslerde ve dört veya daha fazla boyutta fiziğini incelemek için basit bir şablon sağlamaktadır.”
Marandi ve meslektaşlarının platformu bir fotonik rezonatör ağından oluşuyor. Bu esasen, bağlantıdaki ışığın rezonatörlerdeki ışığa nasıl müdahale ettiğine bağlı olarak, rezonatörleri birbirine bağlayan yolların her birinin bazı fotonları sızdırabileceği ve ağdan ayrılmalarına neden olabileceği anlamına gelir. Buna süperpozisyon diyoruz. (ör. yapıcı veya yıkıcı olarak).
Fotonik Resonatör Nedir?
Bir nanofotonik rezonatör veya nanokavite, onlarca ila yüzlerce nanometre boyutunda olan bir optik boşluktur. Optik boşluklar tüm lazerlerin önemli bir bileşenidir, pozitif geri besleme yoluyla bir ışık kaynağının amplifikasyonunu sağlamaktan sorumludurlar, güçlendirilmiş spontan emisyon veya ASE olarak bilinen bir işlem.
Nanofotonik rezonatörler, normal boşluklardan doğal olarak daha yüksek ışık enerjisi bir ortama hapsedebilir.
Bu da daha güçlü ışık-malzeme etkileşimleri anlamına gelir ve bu nedenle rezonatörün kalite faktörünün yüksek olması koşuluyla daha düşük lazer eşiği sağlar. Nanofotonik rezonatörler fotonik kristaller, silikon, elmas veya altın gibi metallerle yapılabilir.
Marandi, “Tamamen dağınık bir şekilde bağlanmış bir ağda, ağ bir kafesi temsil ettiğinde, bizim durumumuzda topolojik bir kafes olduğunda, modların dağılma oranları kafesin enerji bantlarına eşdeğer olacaktır.
Böylece dağılma oranlarındaki topolojik davranışları gözlemleyebiliriz” dedi. “Örneğin, belirli bir durumda, ağın süper modunun kalite faktörünün ağ bozukluklarına karşı topolojik olarak korunacağını gözlemleyebiliriz.”
Mevcut platform, hazır fiber optik bileşenlerden üretildi ve kısa darbeli bir lazerle güçlendirildi. Araştırmacılar, optik makineyi programlamak ve belirli bir kafese uyarlamak için mantıksal işlemleri gerçekleştirmek için kullanılan bir donanım devresi olan bir FPGA sistemi kullandılar.
Bu araştırma grubunun bulguları, dağıtıcı sistemlerde topolojik aşamalara odaklanan ek teorik çalışmaların ve deneylerin önünü açabilir. Ayrıca, araştırmacıların dağılımlı olarak bağlanmış bir topolojik faz keşfi, yoğun madde fiziği, fotonik ve ultracold atomlarının incelenmesi gibi diğer fizik alanlarına uygulanabilir.
“Dağılımlı olarak birleştirilmiş topolojik fazlar, izole dağılım oranlarına sahip sağlam topolojik durumlara sahiptir” dedi. “Bu özellik aynı zamanda bir sistemin dağılımını tasarlamak için yeni bir yol sağlar ve kuantum bilgi depolanması, fotonik sensörler ve topolojik amplifikatörler gibi cihazların tasarlanmasında yararlı olabilir.”
Gelecekte, Marandi ve meslektaşlarının yakın tarihli çalışmaları, nispeten yeni bir araştırma alanı olan Hermitian olmayan topolojik fizik üzerinde çalışan ekiplerin ilgisini çekebilir. Gerçekten de, keşfettikleri topolojik fazların dağılma özellikleri, yeni topolojik etkiler üretmek için Hermitian olmayan sistemlerde gözlenen kazanç ve kayıplarla birleştirilebilir. Bu etkiler yeni, sağlam ve son derece güçlü lazerlerin geliştirilmesinin önünü açabilir.
Marandi, “Artık makinemizin esnekliği ve ölçeklenebilirliği ile mümkün olan temel fiziği incelemeyi planlıyoruz” dedi.
“Bu damarda, daha önce deneysel platformların erişemeyeceği bazı egzotik topolojik ve Hermitian olmayan dinamikleri araştırıyoruz.” Takip ettiğimiz diğer araştırma yönü, topolojik dağılım kavramının fotonik sistemlerde ek bir kaynak olarak kullanılabileceğine inandığımız için uygulama ile ilgilidir. Şu anda mod kilitli lazerler ve fotonik sensörler geliştirmek için bu tür topolojik fazları kullanıyoruz.”
Kaynak: phys.org
