Исследователи из Израиля и США проработали концепцию лазера, в состав которого входят аналоги топологических изоляторов. Эти материалы проводят электроны только в одну сторону, из-за чего передача по ним устойчива к помехам. Для лазеров предложили использовать аналогичные структуры, проводящие фотоны. Расчеты показывают, что энергоэффективность лазеров с топологическими изоляторами будет в несколько раз выше, чем у лазеров на «старых» принципах. Научные статьи о теории и практике применения моделей лазера с использованием принципа топологических изоляторов опубликованы в журнале Science.
Поверхность топологических изоляторов представляет собой очень тонкий слой из материалов с высокой проводимостью, а их сердцевина — из диэлектриков. Они бывают двумерными и трехмерными. Для модели лазера, предлагаемой авторами обсуждаемых статей, использовали двумерные изоляторы, каждый из которых состоял из сетки переплетенных колец. Проводимостью в них обладают только наружные кольца. Если одно или несколько таких колец выйдут из строя, ток частиц в нужном направлении не прекратится, и помех не появится. Благодаря этому дополнительных потерь энергии для проведения луча удастся избежать. А это значит, что на подачу лучей одинаковой мощности лазеру на топологических изоляторах потребуется меньше энергии.
Еще одна особенность лазеров с использованием принципа топологических изоляторов заключается в том, что для работы ему не нужны электромагнитные поля. Это снимает ряд ограничений на использование таких приборов. А эксперименты с прототипом нового типа лазера подтвердили теоретические предположения. Энергия, накачанная в наружный ряд колец топологического изолятора, однонаправленно проходила в виде фотонов по всему периметру этого изолятора и выходила из другой точки в виде светового луча.
Описанные лазеры можно будет применять в оптике, а также квантовых сетях. Кроме того, с их помощью, вероятно, удастся создать более быструю и надежную электронику.
[Иллюстрация: M.A. Bandres et al/Science]
