Физики создали фотонную версию электронного топологического изолятора
Немецкие ученые впервые создали бозонный топологический изолятор, в котором присутствует фермионная симметрия относительно обращения времени. Продемонстрированные результаты позволят использовать топологические состояния в фотонике, акустике и даже квантовой механике. Работа представлена в журнале Nature Materials.
В последние годы физики активно изучают топологические эффекты в физике. Например, фотонные топологические состояния могут помочь в создании топологически защищенных квантовых компьютеров: они обладают большей когерентностью, что позволяет физиками лучше управлять ими. Фотонные топологические изоляторы, в свою очередь, помогут физикам в развитии фотоники.
Фермионные топологические изоляторы, электронные системы в твердых телах, характерны наличием хиральных поверхностных токов, чье состояние защищено сохранением числа частиц и симметрией относительно обращения времени. Это ведет к тому, что поверхность топологических изоляторов очень хорошо проводит ток, в то время как все, что внутри, является изолятором. Однако считается, что для создания бозонных, в том числе и фотонных, топологических изоляторов, необходимо нарушение симметрии относительно обращения времени.
Немецкие физики из Грайфсвальдского и Ростокского университетов под руководством Лукаса Мачевски (Lukas Maczewsky) показали существование фотонных топоизоляторов при сохранении временной симметрии, свойственной фермионам (в частности — электронам). Ученые искусственно создали зонную структуру фотонной системы, в которой два встречно распространяющихся хиральных тока появляются в запрещенной зоне в объеме изолятора, что характерно для фермионного топологического состояния.
В качестве экспериментальной демонстрации фотонного топологического изолятора физики построили оптическую систему, состоящую из лазера, фокусной системы и образца с решеткой из микронных волноводов. Используя детектор, ученые показали наличие двух встречных хиральных токов, что доказывает построенную теорию.
Недавно мы писали о том, как российские физики использовали электронную схему, чтобы эмулировать фотонное топологическое состояние. Топология в физике очень интересная тема, например, в 2016 году за открытие топологических эффектов в физике конденсированного состояния вручили Нобелевскую премию, а в 2018 году ученые из России впервые изготовили топологические наноструктуры для нелинейной генерации света.
Михаил Перельштейн
Такие ловушки строит новый вид пауков-тенетников из Австралии
Арахнологи обнаружили на севере Австралии паука-тенетника из рода Propostira, который охотится на муравьев необычным образом. Он строит для этих насекомых ловушку, которая состоит из 15–60 паутинных нитей, соединяющих лист или кору дерева с основной ловчей сетью. У самого субстрата нити сходятся, формируя небольшой конус. Когда муравей появляется около этого конуса, он начинает вести себя агрессивно и кусает его. В результате конус отрывается от субстрата и катапультирует насекомое в ловчую сеть с ускорением до 1367 метров в секунду за секунду (что примерно соответствует 140 g) и скоростью до 4,36 метра в секунду. Дождавшись, когда жертва запутается, паук обматывает ее паутиной и затем поедает. Интересно, что Propostira sp. охотится только на один вид муравьев: азиатского муравья-портного. Результаты исследования опубликованы в журнале Current Biology.