Топологические состояния классического света являются одними из самых перспективных кандидатов на роль носителя информации в фотонных чипах и линиях радиосвязи нового поколения. Известные способы создания топологических структур уже обеспечивают достаточную устойчивость к дефектам и беспорядку. Однако одна из проблем на пути использования таких состояний в реальных устройствах — отсутствие простых способов динамической перестройки их степени локализации и переключения топологических режимов.
Наши коллеги Даниил Бобылев, Дмитрий Жирихин и Максим Горлач совместно с коллегами из Австралийского Национального и Цзилиньского университетов экспериментально показали динамическую перестройку топологических свойств одномерного массива диэлектрических рассеивателей в микроволновом диапазоне. В отличие от традиционного метода создания топологических фаз за счет чередования расстояний между частицами, коллеги взяли на вооружение недавно разработанную ими концепцию, использующую чередование ориентаций асимметричных рассеивателей. При этом появляется дополнительная степень свободы – углы поворота частиц, меняя которые можно перестраивать топологические свойства массива в реальном времени.
→ Читать статью в ACS Photonics
Наши коллеги Даниил Бобылев, Дмитрий Жирихин и Максим Горлач совместно с коллегами из Австралийского Национального и Цзилиньского университетов экспериментально показали динамическую перестройку топологических свойств одномерного массива диэлектрических рассеивателей в микроволновом диапазоне. В отличие от традиционного метода создания топологических фаз за счет чередования расстояний между частицами, коллеги взяли на вооружение недавно разработанную ими концепцию, использующую чередование ориентаций асимметричных рассеивателей. При этом появляется дополнительная степень свободы – углы поворота частиц, меняя которые можно перестраивать топологические свойства массива в реальном времени.
→ Читать статью в ACS Photonics
👍1
Несмотря на многочисленность способов создания топологических фаз в фотонике, в потенциальных применениях (например, в фотонной логике и устройствах памяти) остается критически важным свойство перестраиваемости топологических состояний без разрушения структуры.
Наша группа совместно с коллегами из Tel Aviv University и Australian National University продемонстрировала новый метод перестройки топологических краевых состояний за счет локального изменения температуры одного из элементов. Система представляет собой зигзаг-цепочку из сегнетоэлектрических частиц с сильной температурной зависимостью диэлектрической проницаемости на частоте порядка 1-2 ГГц. При нагревании крайнего элемента в цепочке лазерным излучением мощностью порядка 0.1 Вт, в зависимости от поляризации падающей плоской волны, топологические состояния либо «включались» там, где их не было до нагревания, либо «выключались» там, где они были до нагревания.
→ Читать статью в Applied Physics Letters
Наша группа совместно с коллегами из Tel Aviv University и Australian National University продемонстрировала новый метод перестройки топологических краевых состояний за счет локального изменения температуры одного из элементов. Система представляет собой зигзаг-цепочку из сегнетоэлектрических частиц с сильной температурной зависимостью диэлектрической проницаемости на частоте порядка 1-2 ГГц. При нагревании крайнего элемента в цепочке лазерным излучением мощностью порядка 0.1 Вт, в зависимости от поляризации падающей плоской волны, топологические состояния либо «включались» там, где их не было до нагревания, либо «выключались» там, где они были до нагревания.
→ Читать статью в Applied Physics Letters
👍1
Обычно свет рассеивается при распространении на дефектах и изгибах проводящих его структур. Чтобы этого избежать и заставить его буквально огибать препятствия, ученые применили к свету концепцию топологических изоляторов – структур, являющихся проводниками на границе и изоляторами в объеме. Подобные фотонные структуры состоят из рассеивателей или волноводов в узлах кристаллической решетки определенной геометрии. Однако на практике перестройка топологических свойств за счет изменения геометрии решетки затруднительна.
Наши коллеги совместно с учеными из Австралийского Национального Университета и Городского колледжа Нью-Йорка разработали альтернативную стратегию реализации фотонных топологических изоляторов, открывающую возможность их динамической перестройки. В работе описывается концепция управления взаимодействием нецентросимметричных рассеивателей за счет изменения их взаимной ориентации, а также экспериментально демонстрируется возникновение топологических краевых и угловых состояний в двумерных структурах, состоящих из разомкнутых кольцевых резонаторов в узлах эквидистантных решеток типа пчелиных сот и кагоме. Результаты этого исследования, опубликованные в журнале Laser & Photonics Reviews, позволят создавать динамически перестраиваемые топологически защищенные электромагнитные устройства.
→ Читать статью в Laser & Photonics Reviews
Наши коллеги совместно с учеными из Австралийского Национального Университета и Городского колледжа Нью-Йорка разработали альтернативную стратегию реализации фотонных топологических изоляторов, открывающую возможность их динамической перестройки. В работе описывается концепция управления взаимодействием нецентросимметричных рассеивателей за счет изменения их взаимной ориентации, а также экспериментально демонстрируется возникновение топологических краевых и угловых состояний в двумерных структурах, состоящих из разомкнутых кольцевых резонаторов в узлах эквидистантных решеток типа пчелиных сот и кагоме. Результаты этого исследования, опубликованные в журнале Laser & Photonics Reviews, позволят создавать динамически перестраиваемые топологически защищенные электромагнитные устройства.
→ Читать статью в Laser & Photonics Reviews
👍1
Топологическая фотоника позволяет создавать состояния света, устойчивые к дефектам и беспорядку. Традиционные подходы к созданию топологических фаз используют, как правило, кристаллические решетки со специальными симметриями. При этом открытие топологической запрещенной зоны в спектре вызывается решеточной деформацией, что затрудняет гибкую перестройку топологических краевых состояний при фиксированной геометрии решетки.
Наши коллеги совместно с учеными из Городского университета Нью-Йорка экспериментально реализовали альтернативную стратегию, использующую случайное вырождение мод различной симметрии в оптических волноводах. Такие моды можно селективно возбуждать лазерными импульсами на чипе размером несколько десятков микрон, причем изменение рабочей длины волны позволяет регулировать степень локализации и существование краевых состояний. Предложенная стратегия создания более гибких и настраиваемых топологических фаз может найти применение в уже известных типах топологических мета-устройств: топологических переключателях, резонаторах и лазерах. Результаты опубликованы в журнале Nano Letters.
→ Читать статью в Nano Letters и новость о нашем исследовании на ITMO News
Наши коллеги совместно с учеными из Городского университета Нью-Йорка экспериментально реализовали альтернативную стратегию, использующую случайное вырождение мод различной симметрии в оптических волноводах. Такие моды можно селективно возбуждать лазерными импульсами на чипе размером несколько десятков микрон, причем изменение рабочей длины волны позволяет регулировать степень локализации и существование краевых состояний. Предложенная стратегия создания более гибких и настраиваемых топологических фаз может найти применение в уже известных типах топологических мета-устройств: топологических переключателях, резонаторах и лазерах. Результаты опубликованы в журнале Nano Letters.
→ Читать статью в Nano Letters и новость о нашем исследовании на ITMO News
👍1
Несмотря на многочисленные продолжающиеся эксперименты, основанные на эффекте Примакова, аксионы как элементарные частицы еще не были обнаружены. С другой стороны, уравнения аксионной электродинамики близки к (но не тождественны) уравнениям Максвелла для Теллегеновских сред, материальные уравнения в которых содержат электрические дипольные моменты, наведённые магнитным полем (и наоборот).
Коллеги из нашей группы совместно с нобелевским лауреатом Франком Вильчеком (ученым, впервые предложившим аксион в 1978 году) предложили аксионный метаматериал, состоящий из слоёв с чередующейся гиротропией (как в антиферромагнетиках), в эффективном приближении точно описываемый уравнениями аксионной электродинамики. Такой метаматериал воспроизводит основные эффекты аксионного поля, в том числе поворот плоскости поляризации в неоднородном метаматериале и высокочастотный аналог эффекта Виттена (появление магнитно-дипольной компоненты в излучении электрического диполя, помещенного в оболочку из аксионного метаматериала).
→ Читать статью в Physical Review B и новость об исследовании в Naked Science
Коллеги из нашей группы совместно с нобелевским лауреатом Франком Вильчеком (ученым, впервые предложившим аксион в 1978 году) предложили аксионный метаматериал, состоящий из слоёв с чередующейся гиротропией (как в антиферромагнетиках), в эффективном приближении точно описываемый уравнениями аксионной электродинамики. Такой метаматериал воспроизводит основные эффекты аксионного поля, в том числе поворот плоскости поляризации в неоднородном метаматериале и высокочастотный аналог эффекта Виттена (появление магнитно-дипольной компоненты в излучении электрического диполя, помещенного в оболочку из аксионного метаматериала).
→ Читать статью в Physical Review B и новость об исследовании в Naked Science
👍1
Метаматериалы помогут изучать эмерджентные аксионы — N+1
Физики из ИТМО при участии нобелевского лауреата Франка Вильчека численно нашли параметры метаматериала, чей магнитооптический отклик повторяет отклик гипотетических аксионов, если бы они существовали в реальности. Работа ученых открывает дорогу к экспериментам с эмерджентной аксионной электродинамикой. Исследование опубликовано в Physical Review B.
→ Читать продолжение статьи о нашем исследовании на N+1
Физики из ИТМО при участии нобелевского лауреата Франка Вильчека численно нашли параметры метаматериала, чей магнитооптический отклик повторяет отклик гипотетических аксионов, если бы они существовали в реальности. Работа ученых открывает дорогу к экспериментам с эмерджентной аксионной электродинамикой. Исследование опубликовано в Physical Review B.
→ Читать продолжение статьи о нашем исследовании на N+1
N + 1 — главное издание о науке, технике и технологиях
Метаматериалы помогут изучать эмерджентные аксионы
👍1
В поисках аксиона: описан материал, моделирующий свойства частиц темной материи — «Коммерсантъ»
О нашей статье в соавторстве с Франком Вильчеком о метаматериалах рассказали в издании «Ъ». Максим Горлач, руководитель фронтирной лаборатории ИТМО, ответил на вопросы:
• Зачем ученые создают искусственные среды для экспериментов?
• Как устроен метаматериал, описанный в статье?
• Как ученые будут исследовать аксионные эффекты?
→ Читать интервью на «Ъ-Наука»
О нашей статье в соавторстве с Франком Вильчеком о метаматериалах рассказали в издании «Ъ». Максим Горлач, руководитель фронтирной лаборатории ИТМО, ответил на вопросы:
• Зачем ученые создают искусственные среды для экспериментов?
• Как устроен метаматериал, описанный в статье?
• Как ученые будут исследовать аксионные эффекты?
→ Читать интервью на «Ъ-Наука»
👍1
#вакансия | Аспирант в области аксионной электродинамики
Недавно аксионные топологические изоляторы были реализованы в физике конденсированного состояния. Однако синтез таких структур и их экспериментальное исследование затруднительны — поэтому их создание в фотонике так актуально. Именно на этой тематике будет сфокусирован аспирантский проект.
Наша лаборатория работает с нобелевским лауреатом по физике, профессором Франком Вильчеком, а также публикуется в авторитетных журналах (топ-1% по цитируемости) — Nature, Science, Nature Photonics, Nature Physics и Nature Communications.
Требования
💝 Опыт исследований в близкой области: фотоника, физика конденсированного состояния или теоретическая физика;
💝 Хорошая подготовка по классической электродинамике и квантовой механике;
💝 Минимум одна публикация в международном рецензируемом журнале;
💝 Английский уровня B2 и выше;
💝 Владение Mathematica, Matlab, Python и Latex.
Будет плюсом
💘 Хорошие навыки презентации результатов;
💘 Владение CST Microwave Studio или Comsol Multiphysics;
💘 Хорошая подготовка в квантовой оптике и квантовой теории поля.
Подробнее → по ссылке
Недавно аксионные топологические изоляторы были реализованы в физике конденсированного состояния. Однако синтез таких структур и их экспериментальное исследование затруднительны — поэтому их создание в фотонике так актуально. Именно на этой тематике будет сфокусирован аспирантский проект.
Наша лаборатория работает с нобелевским лауреатом по физике, профессором Франком Вильчеком, а также публикуется в авторитетных журналах (топ-1% по цитируемости) — Nature, Science, Nature Photonics, Nature Physics и Nature Communications.
Требования
Будет плюсом
Подробнее → по ссылке
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
👍1
Поздравляем Андрея Степаненко, нашего коллегу, с успешной защитой диссертации «Фотонные топологические состояния в цепочках кубитов-трансмонов»
Диссертация Андрея посвящена топологическим эффектам в цепочках сверхпроводящих кубитов. В классическом приближении они возникают за счет нелинейности кубитов, а в квантовом — за счет различных типов взаимодействия соответствующих квазичастиц — микроволновых фотонов.
В частности, в одномерных и двумерных нелинейных моделях Андрей нашел топологические фазы связанных пар фотонов на краю и углах решетки, защищенные пространственными симметриями. Андрей предложил реализацию таких топологических нелинейных моделей в цепочках связанных переходов Джозефсона и топоэлектрических цепях, а также показал способ исследования топологии двухфотонных зон с помощью нестационарных квантовых блужданий.
Желаем коллеге успехов в дальнейшей научной карьере!
Диссертация Андрея посвящена топологическим эффектам в цепочках сверхпроводящих кубитов. В классическом приближении они возникают за счет нелинейности кубитов, а в квантовом — за счет различных типов взаимодействия соответствующих квазичастиц — микроволновых фотонов.
В частности, в одномерных и двумерных нелинейных моделях Андрей нашел топологические фазы связанных пар фотонов на краю и углах решетки, защищенные пространственными симметриями. Андрей предложил реализацию таких топологических нелинейных моделей в цепочках связанных переходов Джозефсона и топоэлектрических цепях, а также показал способ исследования топологии двухфотонных зон с помощью нестационарных квантовых блужданий.
Желаем коллеге успехов в дальнейшей научной карьере!
👍3
Сотрудник нашей лаборатории, Леон Шапошников, открыл на Новом физтехе серию студенческих семинаров
Встречи проходят каждую среду — на них молодые ученые разбирают вопросы из теоретической физики, которые не входят в основную программу. Рассказываем, почему вам стоит поучаствовать в семинарах.
Встречи проходят каждую среду — на них молодые ученые разбирают вопросы из теоретической физики, которые не входят в основную программу. Рассказываем, почему вам стоит поучаствовать в семинарах.
👍4
Большинство современных экспериментов по поиску космических аксионов основаны на эффекте Примакова — резонансном преобразовании аксионов в фотоны или поляритоны в резонаторе в сильном внешнем магнитном поле.
Оценки массы аксионов, которые могли образоваться в течение постинфляционного периода, предсказывают резонансную частоту порядка 1–10 ГГц. В этом диапазоне частот недавно были предложены несколько установок для обнаружения аксионов — микроволновые галоскопы на метаматериальных платформах.
В новой работе наши коллеги Рустам Балафендиев, Максим Горлач и Павел Белов с учеными из Калифорнийского университета предложили резонатор для поиска космических аксионов с частотой, перестраиваемой в диапазоне 16% от среднего значения. Дизайн основан на двух подрешетках тонких проводов, перемещаемых друг относительно друга — это сохраняет объем резонатора и чувствительность при изменении частоты. Аналитические и численные расчеты подтверждаются экспериментом, демонстрирующим перестройку частоты.
→ Читать статью в Physical Review Applied
Оценки массы аксионов, которые могли образоваться в течение постинфляционного периода, предсказывают резонансную частоту порядка 1–10 ГГц. В этом диапазоне частот недавно были предложены несколько установок для обнаружения аксионов — микроволновые галоскопы на метаматериальных платформах.
В новой работе наши коллеги Рустам Балафендиев, Максим Горлач и Павел Белов с учеными из Калифорнийского университета предложили резонатор для поиска космических аксионов с частотой, перестраиваемой в диапазоне 16% от среднего значения. Дизайн основан на двух подрешетках тонких проводов, перемещаемых друг относительно друга — это сохраняет объем резонатора и чувствительность при изменении частоты. Аналитические и численные расчеты подтверждаются экспериментом, демонстрирующим перестройку частоты.
→ Читать статью в Physical Review Applied
👍3
Для статического электрического заряда в оболочке аксионного поля известен эффект Виттена — возникновение компоненты электромагнитного поля за оболочкой, соответствующей магнитному монополю.
В новой статье наши коллеги Тимур Сеидов и Максим Горлач описали обобщение этого эффекта для высокочастотных электрических и магнитных мультиполей в сферической аксионной оболочке. Аналитическое решение показывает, что поле вне объема представляет собой суперпозицию полей электрических и магнитных колеблющихся диполей. Такое мультипольное обобщение эффекта Виттена может быть реализовано в магнитоэлектриках, топологических изоляторах и метаматериалах и использовано для регистрации эффективного аксионного отклика в электромагнитных средах.
→ Читать статью в Physical Review A
В новой статье наши коллеги Тимур Сеидов и Максим Горлач описали обобщение этого эффекта для высокочастотных электрических и магнитных мультиполей в сферической аксионной оболочке. Аналитическое решение показывает, что поле вне объема представляет собой суперпозицию полей электрических и магнитных колеблющихся диполей. Такое мультипольное обобщение эффекта Виттена может быть реализовано в магнитоэлектриках, топологических изоляторах и метаматериалах и использовано для регистрации эффективного аксионного отклика в электромагнитных средах.
→ Читать статью в Physical Review A
👍3
+1 кандидат физико-математических наук в нашей лаборатории — Даниил Бобылев успешно защитил диссертацию «Электромагнитные топологические состояния в массивах анизотропных рассеивателей»
Диссертация Даниила посвящена топологическим эффектам в одномерных и двумерных цепочках бианизотропных частиц. Бианизотропия — появление переменного магнитного (электрического) дипольного момента как отклик на внешнее переменное электрическое (магнитное) поле — добавляет в систему дополнительную степень свободы, и может быть резонансно усилена при гибридизации магнитных и электрических мультипольных состояний частицы на одной частоте.
Контролируя геометрию отдельных диэлектрических частиц и их взаимную ориентацию, Даниил нашел ряд топологических краевых и угловых состояний в простых (ранее тривиальных) одномерных и двумерных решетках и предложил их реализацию в микроволновом диапазоне. Результаты открывают путь к топологически защищенной локализации и распространению света за счет добавления пространственных паттернов бианизотропии в фотонных структурах.
Поздравляем коллегу и желаем успехов в научной карьере!
Диссертация Даниила посвящена топологическим эффектам в одномерных и двумерных цепочках бианизотропных частиц. Бианизотропия — появление переменного магнитного (электрического) дипольного момента как отклик на внешнее переменное электрическое (магнитное) поле — добавляет в систему дополнительную степень свободы, и может быть резонансно усилена при гибридизации магнитных и электрических мультипольных состояний частицы на одной частоте.
Контролируя геометрию отдельных диэлектрических частиц и их взаимную ориентацию, Даниил нашел ряд топологических краевых и угловых состояний в простых (ранее тривиальных) одномерных и двумерных решетках и предложил их реализацию в микроволновом диапазоне. Результаты открывают путь к топологически защищенной локализации и распространению света за счет добавления пространственных паттернов бианизотропии в фотонных структурах.
Поздравляем коллегу и желаем успехов в научной карьере!
👍4
Открытый семинар от нашей лаборатории — «Квантовая сложность для квантовых технологий»
Цель квантовых вычислений — решить задачи, которые слишком сложны для обычных вычислительных устройств. Пример такой задачи — моделирование квантовой системы из нескольких тел. Однако и у квантовых компьютеров есть свои ограничения: во-первых, вычислительные возможности существующих квантовых устройств, во-вторых, эффективность алгоритмических подходов.
Алексей Фёдоров расскажет, как сегодня улучшают квантовые алгоритмы для устройств эпохи NISQ (noisy intermediate-scale quantum) и поделится свежими вычислениями на основе кудитов с захваченными ионами и других физических платформах.
🔵 Семинар будет на английском. Вход свободный, но по регистрации — ссылку на трансляцию отправим накануне встречи.
Цель квантовых вычислений — решить задачи, которые слишком сложны для обычных вычислительных устройств. Пример такой задачи — моделирование квантовой системы из нескольких тел. Однако и у квантовых компьютеров есть свои ограничения: во-первых, вычислительные возможности существующих квантовых устройств, во-вторых, эффективность алгоритмических подходов.
Алексей Фёдоров расскажет, как сегодня улучшают квантовые алгоритмы для устройств эпохи NISQ (noisy intermediate-scale quantum) и поделится свежими вычислениями на основе кудитов с захваченными ионами и других физических платформах.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
👍2
Поздравляем нашего коллегу, Леона Шапошникова, с победой в Стипендиальном конкурсе Фонда Владимира Потанина для магистрантов!
Всего в конкурсе участвовало более 6,4 тысячи студентов, только 750 из них получили стипендию.
Всего в конкурсе участвовало более 6,4 тысячи студентов, только 750 из них получили стипендию.
👍5
21 марта Максим Горлач, руководитель нашей лаборатории, проводит открытый семинар
Доклад будет посвящен полезному инструменту в квантовой физике — квантовому геометрическому тензору (QGT). Мнимая часть QGT дает кривизну Берри, которая влияет на движение волновых пакетов и отвечает за возникновение топологических состояний. В то же время, действительная часть QGT дает квантовую метрику, которая имеет применения в оптимальном управлении квантовыми системами.
Также обсудим, как применять QGT для анализа простой модели сверхпроводящего квантового процессора, основанного на массиве связанных кубитов.
Ссылка на встречу → clck.ru/39Xrcn
Доклад будет посвящен полезному инструменту в квантовой физике — квантовому геометрическому тензору (QGT). Мнимая часть QGT дает кривизну Берри, которая влияет на движение волновых пакетов и отвечает за возникновение топологических состояний. В то же время, действительная часть QGT дает квантовую метрику, которая имеет применения в оптимальном управлении квантовыми системами.
Также обсудим, как применять QGT для анализа простой модели сверхпроводящего квантового процессора, основанного на массиве связанных кубитов.
Ссылка на встречу → clck.ru/39Xrcn
👍5