Optomehanika votlin omogoča nadzor mehanskega gibanja prek interakcije sevanja in tlaka in je prispevala k kvantnemu nadzoru inženirskih mehanskih sistemov, ki segajo od zrcal laserskega interferometra gravitacijskih valov (LIGO) do nanomehanskih sistemov. Toda skoraj vse prejšnje sheme so uporabljale eno- ali nekaj-modne optomehanske sisteme.
Vodilne teoretične raziskave so predvidevale, da lahko optomehanske mreže dostopajo do bistveno bolj zapletene fizike in edinstvene dinamike, kot je npr. kvantna kolektivna dinamika in topološki pojavi. Vendar se je izkazalo, da je ustvarjanje optomehanskih mrež, ki lahko podpirajo številne sklopljene optične in mehanske stopnje svobode, in eksperimentalno podvajanje takih naprav pod strogim nadzorom težko.
Znanstveniki v laboratoriju Tobiasa J. Kippenberga na EPFL-jevi šoli za temeljne znanosti so ustvarili prvo obsežno in rekonfigurabilno optomehansko mrežo superprevodnega vezja, ki lahko reši vprašanja skaliranja kvantnih optomehanskih sistemov. Ekipa je realizirala optomehansko napeto grafensko mrežo in uporabila vrhunske merilne metode za preučevanje netrivialnih topoloških robnih stanj.
Kondenzator z vakuumsko režo, ki je prav tako kritična komponenta posameznega mesta rešetke, je sestavljen iz tanke aluminijaste folije, obešene čez jarek v silikonski substrat. To sestavlja vibrirajočo komponento naprave in hkrati ustvarja resonančno mikrovalovno vezje s spiralnim induktorjem.
Amir Youssefi, ki je vodil projekt, je dejal, »Razvili smo novo tehniko nanofabrikacije za optomehanske sisteme superprevodnih vezij z visoko ponovljivostjo in izjemno ozkimi tolerancami parametrov posameznih naprav. To nam omogoča, da so različna mesta praktično enaka, kot v naravni mreži.«
Dobro je znano, da grafenska mreža prikazuje netrivialne topološke značilnosti in lokalizirana robna stanja. Ta stanja so bila vidna v tem, kar znanstveniki imenujejo "optomehanski grafenski kosmiči", sestavljeni iz štiriindvajsetih točk.
Andrea Bancora, ki je sodeloval pri raziskavi, je dejal, »Zahvaljujoč vgrajenemu optomehanskemu kompletu orodij smo lahko neposredno in neperturbativno slikali oblike skupnih elektromagnetnih načinov v takšnih mrežah. To je edinstvena lastnost te platforme.«
Njihova nova platforma ponuja zaupanja vredno testno podlago za raziskovanje topološke fizike v eno- in dvodimenzionalnih mrežah, kot dokazujejo rezultati ekipe, ki se zelo ujemajo s teoretičnimi napovedmi.
Shingo Kono, drugi član raziskovalne skupine, je dejal, "Z dostopom do energijskih ravni in oblik načina teh kolektivnih vzburjenj smo lahko rekonstruirali celoten temeljni Hamiltonian sistema, kar je prvič omogočilo popolno ekstrakcijo nereda in moči sklopitve v superprevodni mreži."
Referenca dnevnika:
- Youssefi, A., Kono, S., Bancora, A. et al. Topološke mreže, realizirane v optomehaniki superprevodnih vezij. Narava 612, 666–672 (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05367-9
