Швейцарские физики объединили свойства топологических изоляторов Черна со свойствами изоляторов Флоке для изготовления среды с аномально высокими изоляционными свойствами поверхностных мод. Такая среда оказалась способна однонаправленно распространять микроволновое излучение, чей сигнал был устойчивым к распределенным помехам очень большой амплитуды и к сложной форме границы.

Работа опубликована в Nature.

Топологические изоляторы — это материалы, структура которых заставляет фотоны, электроны и другие типы квазичастиц двигаться только вдоль границы материала, хотя внутри никакой проводимости нет. Их главное отличие от прочих поверхностных проводников в топологической защите поверхностных состояний от дефектов и температуры с помощью присутствующих симметрий. В перспективе это поможет снизить требования к чистоте и числу дефектов для материалов фотоники, фононики и электроники.

Подробнее об этом можно прочитать в материале «Топологически защищен».

Однако в последние несколько лет физики начали изучать топологически защищенные состояния, в которых нарушается симметрия относительно инверсии времени. Такие материалы получили название изоляторов Черна. Их особенностью стало то, что распространение волн в таких условиях можно сделать однонаправленным, избежав, таким образом, потерь на обратное рассеяние.

Проблема, однако, в том, что топологическая защищенность в этом случае не безгранична: если в системе присутствует распределенный порядок с частотой флуктуаций, большей, нежели ширина запрещенной зоны, эффект пропадает.

Команда физиков из Федеральной политехнической школы Лозанны под руководством Ромена Флери (Romain Fleury) предложила и реализовала иной принцип топологической защищенности в среде, элементы которой по-разному проводили микроволновое излучение в зависимости от его направления.