Фізики зареєстрували рівні Ландау для фотонів у фотонних кристалах. Вони деформували кристалічну решітку, щоб створити аналог магнітних полів для фотонів. Обидві статті (1, 2) опубліковані в журналі Nature Photonics.
Renе Barczyk et al. / Nature Photonics, 2024
Електрони, утримувані в двовимірній площині, рухаються круговими орбітами під дією магнітного поля через силу Лоренца. Цей рух квантується, і енергетичний спектр електронів розпадається на дискретні стани, які називаються рівнями Ландау. Зокрема, через ці плоскі енергетичні зони виникають цілочисельні та дробові квантові ефекти Холла. На фотони сила Лоренца не діє, оскільки вони не несуть заряду. Однак фотони можна змусити відчувати аналогічний вплив – псевдомагнітні поля – якщо порушити періодичність структури фотонного кристала.
Одразу дві групи фізиків – одна під керівництвом Мікаеля Рехтсмана (Mikael C. Rechtsman) з Університету штату Пенсільванія, друга у складі Рене Барчука (Ren? Barczyk), Кобуса (Лоуренса) Койперса (L. Kuipers) та Евольда Верхагена (Ewold Verhagen) із Центру Нанофотоніки в Амстердамі та Дельфтського Технічного Університету – одночасно та незалежно опублікували роботи, в яких експериментально виявили рівні Ландау для фотонів.
Науковці деформували кристалічні решітки фотонних кристалів, щоб створити для фотонів аналог конусів Дірака в графені. Щоб дослідити отримані фотонні стани, перша група використовувала метод зворотного розсіювання з кутовою і частотною роздільною здатністю, а друга – Фур’є-спектрополяриметрію в дальньому полі.
У результаті обидві групи виявили рівні Ландау для фотонів. При цьому вчені відзначають хорошу згоду експериментальних результатів із теоретичним передбаченням. Крім того, фізики показали, що додаткова деформація може зменшити дисперсію станів, а створюючи різноспрямовану деформацію в кристалі можна спостерігати крайові хіральні фотонні стани.