利用他们发现的一种新的石墨烯，普渡大学的研究人员开发了一种“拓扑循环器”，可以改善信息在芯片上的路由和处理方式。(普渡大学图片/祖宾·雅各布)
主要研究发现
由于其独特的导电特性，石墨烯一直是学术和工业领域密切研究的焦点。作为人类已知的最薄的材料，石墨烯本质上是二维的，与传统的3D材料相比具有不同的电子和光子特性。普渡大学(Purdue University)的研究人员(Todd Van Mechelen、Wenbo Sun和Zubin Jacob)已经证明，石墨烯的粘性流体(固体中的碰撞电子可以像流体一样运动)支持边缘的单向电磁波。这些“边缘波”与物质的新拓扑相相关联，象征着物质的相变，就像从固体到液体的相变一样。
石墨烯新阶段的一个显著特征是，光沿着材料边缘的一个方向传播，对无序、缺陷和变形都很稳定。普渡大学的研究人员利用这种非互反效应开发了“拓扑循环器”——世界上最小的单向信号路由器——这可能是芯片上全光学处理的一个突破。
循环器是集成光学电路的基本组成部分，但由于其笨重的部件和当前技术的窄带宽，一直无法实现小型化。拓扑循环器克服了这一点，因为它同时具有超亚波长和宽频带，这是由物质独特的电磁相位实现的。应用包括量子和经典计算系统之间的信息路由和互连。
普渡大学教授、标题
Zubin Jacob, Elmore电子与计算机工程副教授
雅各布是纳米光子学、自旋电动力学和物质拓扑相方面的专家。
杂志的名字
自然通讯
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25097-2
资金
DARPA新生的光物质相互作用(NLM)计划
方法简介
作者定义了一个新的拓扑不变量称为光学- n不变量捕捉物质的流态。环形器是第一个可能使用拓扑光n绝缘体作为构建块的超亚波长器件。研究人员通过在微观水平上研究光与物质的相互作用得出了这一发现，并在石墨烯粘性流体中发展了一种新的拓扑光理论。该研究采用了磁场存在下的电子和光子流体力学。
