После долгих спекуляций, охватывающих долгое время, один вариант эффекта этого типа впервые был продемонстрирован в TU Wien. Вместо того, чтобы постоянно менять направление световой волны, специальные материалы, называемые «топологическими изоляторами», делают это квантовыми шагами в четко определенных частях. Степень этих квантовых шагов зависит исключительно от фундаментальных физических параметров, таких как постоянная тонкой структуры. Возможно, вскоре станет возможным измерить эту постоянную с помощью оптических методов даже точнее, чем это возможно в настоящее время с помощью других методов.
Последние результаты опубликованы в журнале с открытым доступом «Nature Communications».Топологические изоляторы«Мы уже некоторое время работаем над материалами, которые могут изменять направление колебаний света», — объясняет профессор Андрей Пименов из Института физики твердого тела Венского технического университета.
Как правило, эффект зависит от толщины материала: чем больше расстояние, которое должен пройти свет в материале, тем больше угол поворота. Однако это не относится к материалам, которые команда Пименова теперь более внимательно изучила с помощью исследовательской группы из Вюрцбурга. Их внимание было сосредоточено на «топологических изоляторах», для которых решающим параметром является поверхность, а не толщина.Изоляторы внутри, электричество обычно может очень эффективно проводиться по поверхности топологического изолятора. «Даже при прохождении излучения через топологический изолятор главное значение имеет поверхность», — говорит Пименов.
Когда свет распространяется в этом материале, направление колебаний луча изменяется поверхностью материала дважды — один раз, когда он входит, и еще раз, когда он выходит.Самое примечательное здесь то, что это вращение происходит не непрерывно, а частями, квантовыми шагами. Интервал между этими точками не определяется геометрией или свойствами материала, а определяется только фундаментальными естественными константами. Например, они могут быть указаны на основе постоянной тонкой структуры, которая используется для описания силы электромагнитного взаимодействия.
Это может открыть возможность измерения естественных констант с большей точностью, чем это было раньше, и может даже привести к выявлению новых методов измерения.Повышенная точность измерения с использованием специальных материаловСитуация аналогична квантовому эффекту Холла, еще одному квантовому явлению, наблюдаемому в определенных материалах, и в этом случае конкретная переменная (здесь электрическое сопротивление) может увеличиваться только на определенную величину.
Квантовый эффект Холла в настоящее время используется для высокоточных измерений, и на нем основано официальное стандартное определение электрического сопротивления. Еще в 1985 году за открытие квантового эффекта Холла была присуждена Нобелевская премия по физике.
Топологические материалы также уже были предметом Нобелевской премии — на этот раз в 2016 году. Ожидается, что эти последние результаты также сделают возможным использование материалов с особыми топологическими характеристиками (в данном случае топологических изоляторов) для конкретных целей. технические приложения.