После большого предположения, охватывающего длительный период времени, один вариант этого типа эффекта был теперь продемонстрирован в TU Wien впервые. Вместо того, чтобы переключать направление световой волны все время, специальные материалы, названные ‘топологические изоляторы’, делают так в квантовых шагах в ясно определенных частях. Степень этих квантовых шагов зависит только от фундаментальных физических параметров, таких как постоянная тонкой структуры. Может скоро быть возможно измерить эту константу еще более точно использующие оптические методы, чем в настоящее время возможно с помощью других методов.
Последние результаты были теперь показаны в находящемся в открытом доступе журнале ‘Nature Communications’.Топологические изоляторы«Мы работали над материалами, которые могут изменить направление колебания света в течение некоторого времени теперь», объясняет профессор Андрей Пименов от Института Физики твердого тела в TU Wien.
Как правило эффект зависит от того, насколько толстый материал: чем больше расстояние, которое поедется светом в материале, тем больше угол вращения. Однако дело обстоит не так для материалов, которые команда Пименова теперь исследовала более тесно с помощью исследовательской группы из Вурцбурга. Их центр был на ‘топологических изоляторах’, для которых решающий параметр – поверхность, а не толщина.Изоляторы на внутренней части, электричество может обычно проводиться очень эффективно вдоль поверхности топологического изолятора. «Посылая радиацию через топологический изолятор, поверхность – то, что имеет все значение», говорит Пименов.
Когда свет размножается в этом материале, направление колебания луча превращено поверхностью материала дважды – однажды, когда это входит и снова когда это выходит.Что является самым замечательным, вот то, что это вращение происходит в особенности части, в квантовых шагах, вместо того, чтобы быть непрерывным. Интервал между этими пунктами не определен геометрией или свойствами материала и вместо этого определен только фундаментальными естественными константами. Например, они могут быть определены на основе постоянной тонкой структуры, которая используется, чтобы описать силу электромагнитного взаимодействия.
Это могло открыть возможность измерения естественных констант с большей точностью, чем ранее имел место и может даже привести к новым определяемым методам измерения.Увеличенная точность измерения, используя специальные материалыСитуация подобна для квантового эффекта Холла, который является другим квантовым явлением, наблюдаемым в определенных материалах, в этом случае конкретная переменная (здесь электрическое сопротивление) может повыситься только определенными суммами.
Квантовый эффект Холла в настоящее время используется для измерений высокой точности с официальным стандартным определением электрического сопротивления, бывшего основанного на нем. Назад в 1985 Нобелевская премия по физике была присуждена за открытие квантового эффекта Холла.
Топологические материалы также уже были предметом победы Нобелевской премии – на этот раз в 2016. Ожидается, что эти последние результаты также позволят материалам со специальными топологическими особенностями (в этом случае топологические изоляторы) использоваться для определенного технического применения.