Физики зарегистрировали уровни Ландау для фотонов в фотонных кристаллах. Они деформировали кристаллическую решетку, чтобы создать аналог магнитных полей для фотонов. Обе статьи (1, 2) опубликованы в журнале Nature Photonics.
Эта новость появилась на N + 1 при поддержке ежегодной Национальной премии в области будущих технологий «Вызов». В 2023 году ее присудили за ионный квантовый процессор, магниты из высокотемпературного сверхпроводника, вычислительные устройства на основе поляритонов и оптический транзистор, а также открытия, позволившие создать новые подходы для лечения заболеваний мозга
Электроны, удерживаемые в двумерной плоскости, двигаются по круговым орбитам под действием магнитного поля из-за силы Лоренца. Это движение квантуется, и энергетический спектр электронов распадается на дискретные состояния, которые называются уровнями Ландау. В частности, из-за этих плоских энергетических зон возникают целочисленные и дробные квантовые эффекты Холла. На фотоны сила Лоренца не действует, так как они не несут заряда. Однако фотоны можно заставить испытывать аналогичное воздействие — псевдомагнитные поля — если нарушить периодичность структуры фотонного кристалла.
Сразу две группы физиков — одна под руководством Микаэля Рехтсмана (Mikael C. Rechtsman) из Университета штата Пенсильвания, вторая в составе Рене Барчука (René Barczyk), Кобуса (Лоуренса) Койперса (L. Kuipers) и Эвольда Верхагена (Ewold Verhagen) из Центра Нанофотоники в Амстердаме и Дельфтского Технического Университета — одновременно и независимо опубликовали работы, в которых экспериментально обнаружили уровни Ландау для фотонов.
Ученые деформировали кристаллические решетки фотонных кристаллов, чтобы создать для фотонов аналог конусов Дирака в графене. Чтобы исследовать полученные фотонные состояния, первая группа использовала метод обратного рассеяния с угловым и частотным разрешением, а вторая — Фурье-спектрополяриметрию в дальнем поле.
В результате обе группы обнаружили уровни Ландау для фотонов. При этом ученые отмечают хорошее согласие экспериментальных результатов с теоретическим предсказанием. Кроме того, физики показали, что дополнительная деформация может уменьшить дисперсию состояний, а создавая разнонаправленную деформацию в кристалле можно наблюдать краевые хиральные фотонные состояния.
Более подробно о том, что такое фотонные кристаллы, и какие еще бывают кристаллы, читайте в нашем материале «Новый порядок».
