El cono de Dirac, llamado así por el físico británico Paul Dirac, comenzó como un concepto en física de partículas y alta energía y recientemente se ha vuelto importante en la investigación en física de materia condensada y ciencia de materiales. Desde entonces se ha descubierto que describe aspectos del grafeno,una forma bidimensional de carbono, lo que sugiere la posibilidad de aplicaciones en varios campos.
Ahora los físicos del MIT han encontrado otro fenómeno inusual producido por el cono de Dirac: puede generar un fenómeno descrito como un "anillo de puntos excepcionales". Esto conecta dos campos de investigación en física y puede tener aplicaciones en la construcción de láseres potentes, precisossensores ópticos y otros dispositivos.
Los resultados se publican esta semana en la revista Naturaleza por el postdoctorado MIT Bo Zhen, el postdoctorado de la Universidad de Yale Chia Wei Hsu, los profesores de física del MIT Marin Soljači? Y John Joannopoulos, y otros cinco.
Este trabajo representa "la primera demostración experimental de un anillo de puntos excepcionales", dice Zhen, y es el primer estudio que relaciona la investigación en puntos excepcionales con los conceptos físicos de simetría de paridad-tiempo y conos de Dirac.
Los puntos excepcionales individuales son un fenómeno peculiar exclusivo de una clase inusual de sistemas físicos que pueden conducir a fenómenos contraintuitivos. Por ejemplo, alrededor de estos puntos, los materiales opacos pueden parecer más transparentes y la luz puede transmitirse solo en una dirección. Sin embargo,La utilidad práctica de estas propiedades está limitada por la pérdida de absorción introducida en los materiales.
El equipo del MIT utilizó un material de nanoingeniería llamado cristal fotónico para producir el anillo excepcional. Este nuevo anillo de puntos excepcionales es diferente de los estudiados por otros grupos, lo que lo hace potencialmente más práctico, dicen los investigadores.
"En lugar de la pérdida de absorción, adoptamos un mecanismo de pérdida diferente, la pérdida de radiación, que no afecta el rendimiento del dispositivo", dice Zhen. "De hecho, la pérdida de radiación es útil y necesaria en dispositivos como los láseres".
El fenómeno podría permitir la creación de nuevos tipos de sistemas ópticos con características novedosas, dice el equipo del MIT.
"Una posible aplicación importante de este trabajo es crear un sistema láser más potente de lo que permiten las tecnologías existentes", dice Soljači. Para construir un láser más potente se requiere un área láser más grande, pero eso introduce más "modos" no deseados para la luz, que compiten por el poder, lo que limita la salida final.
"Los láseres de emisión de superficie de cristal fotónico son un candidato muy prometedor para la próxima generación de sistemas láser compactos de alta calidad y alta potencia", dice Soljači? ", Y estimamos que podemos mejorar el límite de potencia de salida de dichos láseres alun factor de al menos 10. "
"Nuestro sistema también podría usarse para detectores de alta precisión para materiales biológicos o químicos, debido a su extrema sensibilidad", dice Hsu. Esta sensibilidad mejorada se debe a otra propiedad exótica de los puntos excepcionales: su respuesta a las perturbaciones no eslineal a la fuerza de perturbación.
Normalmente, dice Hsu, se hace muy difícil detectar una sustancia cuando su concentración es baja. Cuando la concentración de la sustancia objetivo se reduce un millón de veces, la señal general también disminuye un millón de veces, lo que puede hacer que tambiénpequeño para detectar.
"Pero en un punto excepcional, ya no es lineal", dice Hsu, "y la señal se reduce solo 1,000 veces, proporcionando una respuesta mucho mayor que ahora se puede detectar".
El equipo de investigación también incluyó a Yuichi Igarashi de NEC Corp. en Japón y al científico investigador del MIT Ling Lu, el postdoctorado Ido Kaminer, el estudiante graduado de la Universidad de Harvard Adi Pick y Song-Liang Chua en el Laboratorio Nacional DSO en Singapur. El trabajo fue apoyado,en parte, por la Oficina de Investigación del Ejército a través del Instituto de Nanotecnologías para Soldados del MIT, la Fundación Nacional de Ciencias y el Departamento de Energía.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por David L. Chandler. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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