La teoría electromagnética de Maxwell, formulada hace 150 años, fue uno de los mayores avances en física. Unió la electricidad y el magnetismo, proporcionó una descripción definitiva de las ondas electromagnéticas, incluida la luz, y la relatividad anticipada y las teorías de campo del siglo XXMás recientemente, hace más de 60 años, los científicos descubrieron que la radiación electromagnética no solo se puede propagar en el espacio libre, sino que también puede formar ondas superficiales en las interfaces entre diferentes medios, como entre metales y aire o vidrio. Esto dio lugar al desarrollo de plasmónicos.y metamateriales, donde las ondas electromagnéticas superficiales sustentan una serie de fenómenos y aplicaciones útiles.
Otra área de la física moderna donde las ondas de superficie juegan un papel crucial son los sistemas cuánticos topológicos, que son muy robustos contra pequeñas perturbaciones y deformaciones continuas. El descubrimiento de fases topológicas no triviales en sistemas cuánticos de materia condensada y la existencia de modos de superficie topológica en las interfacesentre materiales topológicamente diferentes resultó en el Premio Nobel de física en 2016.
Ahora, en un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza , los científicos del RIKEN Cluster for Pioneering Research en Japón demostraron que las ondas electromagnéticas superficiales bien conocidas en las interfaces entre medios isotrópicos homogéneos, obtenidos dentro del electromagnetismo clásico de Maxwell, también tienen un origen puramente topológico, similar a los estados topológicos cuánticos.
Este nuevo enfoque ilumina el origen de las ondas electromagnéticas de la superficie y explica por qué estas ondas aparecen en interfaces donde uno de los parámetros medios permitividad dieléctrica o permeabilidad magnética cambia su signo. Además, el número de modos de superficie está determinado por el número delos parámetros del medio masivo cambian sus signos en la interfaz, lo que se denomina "correspondencia de límites masivos" en el formalismo topológico.
Konstantin Bliokh dice: "Hay una diferencia crucial entre la descripción topológica de las ondas de superficie de Maxwell y la de los modos de superficie topológica previamente conocidos. Hasta ahora, las propiedades topológicas y la clasificación de varios sistemas de ondas se han basado en las propiedades matemáticas del hamiltoniano es decir,, energía que caracteriza el sistema. En contraste, las propiedades topológicas de las ondas de Maxwell son descritas por el llamado operador de helicidad, que caracteriza la quiralidad - o la manejabilidad - de las ondas electromagnéticas polarizadas circularmente. Por lo tanto, nuestra teoría también se extiendeel rango de aplicabilidad del enfoque topológico a otros sistemas de ondas. Muestra que la clasificación topológica puede asociarse no solo con el hamiltoniano sino también con otros operadores correspondientes a cantidades físicas conservadas ".
Franco Nori continúa: "Nuestro trabajo proporciona un nuevo giro y conocimientos para varias áreas de la física de las ondas: electromagnetismo de Maxwell, estados cuánticos topológicos y plasmónicos / metamateriales".
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Materiales proporcionados por RIKEN . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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