تتيح الميكانيكا الضوئية التجويفية التحكم في الحركة الميكانيكية من خلال تفاعل الضغط الإشعاعي، وقد ساهمت في التحكم الكمي في الأنظمة الميكانيكية الهندسية التي تتراوح من مرايا مرصد موجات الجاذبية (LIGO) بمقياس التداخل بالليزر إلى الأنظمة الميكانيكية النانوية. ومع ذلك، فقد استخدمت جميع المخططات السابقة تقريبًا أنظمة ميكانيكية بصرية أحادية أو قليلة الوضع.
وقد توقعت الأبحاث النظرية الرائدة أن الشبكات الميكانيكية البصرية يمكنها الوصول إلى فيزياء أكثر تعقيدًا وديناميكيات فريدة من نوعها، مثل الديناميات الجماعية الكمومية والظواهر الطوبولوجية. ومع ذلك، فقد ثبت أن إنشاء شبكات ميكانيكية بصرية يمكنها دعم العديد من درجات الحرية الضوئية والميكانيكية المقترنة وتكرار هذه الأجهزة تجريبيًا تحت رقابة مشددة أمر صعب.
تم إنشاء أول شبكة ميكانيكية بصرية ذات دائرة فائقة التوصيل واسعة النطاق وقابلة لإعادة التشكيل يمكنها حل مشكلات القياس للأنظمة الميكانيكية البصرية الكمومية من قبل العلماء في مختبر توبياس جيه كيبينبرج في كلية العلوم الأساسية في EPFL. أنشأ الفريق شبكة جرافين متوترة ميكانيكيًا واستخدم طرق قياس متطورة لفحص حالات الحافة الطوبولوجية غير التافهة.
ويتكون "مكثف رأس الطبلة ذو الفجوة المفرغة"، وهو أيضًا مكون مهم في الموقع الفردي للشبكة، من طبقة رقيقة من الألومنيوم معلقة فوق خندق في الركيزة السيليكون. يؤدي ذلك إلى تكوين المكون المهتز للجهاز وفي نفس الوقت إنشاء دائرة ميكروويف رنانة مع محث حلزوني.
وقال أمير يوسفي، الذي قاد المشروع: "لقد قمنا بتطوير تقنية تصنيع نانوية جديدة للأنظمة الميكانيكية البصرية ذات الدوائر فائقة التوصيل مع إمكانية تكرار نتائج عالية وتفاوتات صارمة للغاية على معلمات الأجهزة الفردية. وهذا يمكننا من جعل المواقع المختلفة متطابقة تقريبًا، كما هو الحال في الشبكة الطبيعية.
من المعروف أن شبكة الجرافين تعرض خصائص طوبولوجية غير تافهة وحالات حافة محلية. وشوهدت هذه الحالات فيما يشير إليه العلماء بـ "رقاقة الجرافين الميكانيكية البصرية" المكونة من 24 نقطة.
وقالت أندريا بانكورا، التي ساهمت في البحث: "بفضل مجموعة الأدوات الميكانيكية البصرية المدمجة، يمكننا تصوير أشكال الوضع الكهرومغناطيسي الجماعي بشكل مباشر وغير مضطرب في مثل هذه الشبكات. وهذه ميزة فريدة لهذه المنصة."
توفر منصتهم الجديدة اختبارًا جديرًا بالثقة للبحث في الفيزياء الطوبولوجية في الشبكات الأحادية والثنائية الأبعاد، كما يتضح من نتائج الفريق، والتي تتطابق بشكل وثيق مع التوقعات النظرية.
شينغو كونو، عضو آخر في فريق البحث، محمد, "من خلال الوصول إلى كل من مستويات الطاقة وأشكال أنماط هذه الإثارة الجماعية، تمكنا من إعادة بناء الهاملتونية الأساسية الكاملة للنظام، مما يسمح بالاستخلاص الكامل للاضطراب وقوة الاقتران في شبكة فائقة التوصيل لأول مرة."
المرجع مجلة:
- يوسفي، أ.، كونو، س.، بانكورا، أ. وآخرون. الشبكات الطوبولوجية تتحقق في الميكانيكا الضوئية للدوائر فائقة التوصيل. الطبيعة 612 ، 666-672 (2022). DOI: 10.1038 / s41586-022-05367-9
