光可以參與納米尺度的特殊現(xiàn)象。探索這些現(xiàn)象可以解鎖復雜的應用程序，并為深入了解光波與其他材料之間的相互作用提供有用的見解。

在最近的一項研究中，康奈爾大學的科學家提出了一種新穎的方法，通過該方法可以操縱和傳輸納米級光。已知這些特殊的光傳輸模式會在稍微不同的納米材料之間的微調(diào)界面處產(chǎn)生。這項研究的首席研究員Minwoo Jung通過一個簡單的比喻說明了這一概念：“一個浮動管的中間有一個孔，但是普通的氣球卻沒有。無論您如何擠壓圓形氣球，都無法像至少在沒有彈出氣球，重新編織橡膠和重新注入空氣的情況下，它們是環(huán)形的。因此，管子和氣球的拓撲結(jié)構(gòu)是截然不同的，因為它們不是通過平滑的變形連接在一起的。”

榮格進一步解釋說，物理學家對將兩種拓撲結(jié)構(gòu)不同的材料并排粘合起來很感興趣，以使它們中的一個像氣球一樣起作用，而另一種像管子一樣。這意味著必須在它們的界面處進行連接這兩種材料的過程，就像從氣球向管中戳/彈出/重新編織/重新注入一樣。在適當?shù)臈l件下，此過程可以為沿接口傳輸能量或信息提供強大的渠道。因為此過程可以應用于光(充當能量或信息的載體)，所以物理學的這一分支稱為拓撲光子學。

Jung和他的團隊將拓撲光子學的迷人概念與將光捕獲在原子薄材料中的創(chuàng)新技術(shù)相結(jié)合。這種方法將應用物理學和基礎(chǔ)物理學兩個迅速出現(xiàn)的領(lǐng)域融合在一起：石墨烯納米光和拓撲光子學。榮格說：“石墨烯是用于存儲和控制納米級光的有前途的平臺，并且可能是片上和超緊湊型納米光子器件(例如波導和腔體)開發(fā)的關(guān)鍵。”

該研究團隊進行了仿真，其中涉及石墨烯片，該石墨烯片位于納米圖案材料上，該材料用作金屬門。這種蜂窩狀的金屬柵由一層實心的材料組成，該材料具有以六邊形的頂點為中心的不同大小的孔。這些孔的半徑變化會影響光子穿過材料的方式。科學家發(fā)現(xiàn)，從戰(zhàn)略上將兩個不同的metagate“粘合”在一起會產(chǎn)生拓撲效應，以可預測，可控制的方式將光子限制在其界面處。

Metagate設計的不同選擇說明了設備拓撲的維度層次。具體而言，根據(jù)metagate的幾何形狀，可以使納米光沿著拓撲界面的一維邊緣流動，或者可以拓撲存儲在零維(點狀)頂點上。而且，該級柵允許這些波導或腔的接通和關(guān)斷電切換。這種電池供電的拓撲效應可以使拓撲光子學在實際設備中的技術(shù)應用受益。

Jung的團隊樂觀地認為，石墨烯納米光與拓撲光子學的協(xié)同結(jié)合將推動光學，材料科學和固態(tài)物理學等相關(guān)研究領(lǐng)域的發(fā)展。他們的基于石墨烯的材料系統(tǒng)簡單，高效，并且適用于納米光子應用：在充分利用光的潛力方面邁出了一步。