Õõnsuste optomehaanika võimaldab juhtida mehaanilist liikumist kiirgus-rõhu interaktsiooni kaudu ning on aidanud kaasa konstrueeritud mehaaniliste süsteemide kvantkontrollile, alates kilogrammi skaala laserinterferomeetri gravitatsioonilaine vaatluskeskuse (LIGO) peeglitest kuni nanomehaaniliste süsteemideni. Kuid peaaegu kõik varasemad skeemid on kasutanud ühe- või mõnerežiimilisi optomehaanilisi süsteeme.
Juhtivad teoreetilised uuringud on prognoosinud, et optomehaanilised võred saavad juurdepääsu oluliselt keerukamale füüsikale ja ainulaadsele dünaamikale, nagu näiteks kollektiivne kvantdünaamika ja topoloogilised nähtused. Siiski on osutunud keeruliseks selliste optiliste mehaaniliste võre loomine, mis toetavad arvukalt seotud optilisi ja mehaanilisi vabadusastmeid, ja selliste seadmete katseline dubleerimine range kontrolli all.
EPFLi põhiteaduste kooli Tobias J. Kippenbergi laboris teadlased on loonud esimese suuremahulise ja ümberkonfigureeritava ülijuhtiva vooluringi optomehaanilise võre, mis suudab lahendada kvantoptomehaaniliste süsteemide skaleerimisprobleeme. Meeskond realiseeris optomehaaniliselt pingutatud grafeenvõre ja kasutas tipptasemel mõõtmismeetodeid, et uurida mittetriviaalseid topoloogiliste servade olekuid.
Vaakumvahega trumlipea kondensaator, mis on samuti võre ühe koha kriitiline komponent, koosneb õhukesest alumiiniumkilest, mis on riputatud kraavi kohale. ränisubstraat. See moodustab seadme vibreeriva komponendi ja loob samaaegselt spiraalse induktiivpooliga resonantse mikrolaineahela.
Projekti juhtinud Amir Youssefi ütles: „Arendasime ülijuhtivate ahelate optomehhaaniliste süsteemide jaoks välja uudse nanotootmistehnika, millel on kõrge reprodutseeritavus ja ülimalt ranged tolerantsid üksikute seadmete parameetrites. See võimaldab meil muuta erinevad saidid praktiliselt identseks, nagu looduslikus võres.
On hästi teada, et grafeenivõres on mittetriviaalsed topoloogilised omadused ja lokaliseeritud serva olekud. Neid olekuid nähti selles, mida teadlased nimetavad kahekümne neljast täpist koosnevaks optomehaaniliseks grafeenihelbeks.
Uuringusse kaasa aidanud Andrea Bancora ütles, "Tänu sisseehitatud optomehhaanilisele tööriistakomplektile saime otse ja häirimatult kujutada sellistes võres olevate elektromagnetiliste režiimide kollektiivseid kujundeid. See on selle platvormi ainulaadne omadus.
Nende uus platvorm pakub usaldusväärset testimisplatvormi topoloogilise füüsika uurimiseks ühe- ja kahemõõtmelistes võres, nagu näitavad meeskonna tulemused, mis vastavad täpselt teoreetiliste ennustustega.
Shingo Kono, teine uurimisrühma liige, ütles, "Juurdepääsuga nii nende kollektiivsete ergastuste energiatasemetele kui ka režiimikujudele suutsime rekonstrueerida süsteemi täieliku aluseks oleva Hamiltoni, võimaldades esimest korda ülijuhtivvõre häirete ja sidestustugevuste täielikku eraldamist."
Ajakirja viide:
- Youssefi, A., Kono, S., Bancora, A. jt. Ülijuhtivate ahelate optomehaanikas realiseeritud topoloogilised võred. loodus 612, 666–672 (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05367-9
