Вчені з Інституту квантової інформації та речовини Каліфорнійського технологічного інституту теоретично обґрунтували існування нової квазічастинки тополяритону (топологічного поляритону), що утворюється в результаті взаємодії одиночних фотонів з електрон-дирочними парами (ексітонами). Дослідники припускають, що на основі тополяритонів можливе створення більш ефективних оптоелектронних пристроїв. Робота опублікована в.
Ґрунтуючись на властивостях тополяритонів, в якості матеріалів, в яких можлива реалізація подібних квазічастинок, автори запропонували телурід кадмію і моношари дихалькогенідів перехідних металів (наприклад, MoS2).
Квазічастиця являє собою квант колективного коливання або обурення багаточастичної системи, що володіє енергією і, як правило, імпульсом. Поняття вводиться для спрощення опису квантових систем із взаємодією. На відміну від звичайних частинок, квазічастинки не можуть існувати поза середовищем, коливаннями якого вони є. Простими прикладами квазічастинок є електрон провідності, дірка, фонон (квант коливальних рухів атомів у кристалі).
Взаємодія світла і речовини може породжувати нові топологічні стани. Цей принцип у 2013 році був проілюстрований при створенні фотонного топологічного ізолятора Флоке, в якому класичне світло використовується для створення топологічної електронної зонної структури. У цій роботі дослідники висунули ідею тополяритону - типу поляритону, що являє собою результат взаємодії одиночного фотона і ексітону і здатного рухатися тільки в одному напрямку вздовж країв напівпровідникових квантових ям, вбудованих в оптичні резонатори. Квантова яма і резонатор змушують електрони і фонони рухатися в одній площині, в результаті чого утворюються топологічні (просторово особливі) квантові стани, якими окремо компоненти системи фотон-ексітон не володіють.
Поляритон являє собою квазічастицю, що виникає при взаємодії фотонів з елементарними збудженнями середовища - фононами, ексітонами, плазмонами тощо. При резонансному збігу частоти і хвильового вектора електромагнітних хвиль і збуджень середовища утворюються пов'язані хвилі, що володіють характерним законом дисперсії і представляють собою поляритони.
Оскільки тополяритони одночасно є частково речовиною і частково світлом, ними можна керувати за допомогою відбивачів або фотонних заборонених зон в оптичному середовищі, через які фотони поширюватися не можуть. Крім того, напрямок руху тополяритону можна звернути шляхом додатку магнітного поля. За словами авторів, такий пристрій являє собою як би односторонній фільтр світла, що забезпечує спрямований зв'язок з мінімальними втратами енергії. На даний момент існує проблема нестачі інтерфейсів між фотонними та електронними пристроями, наприклад, односторонніх фотонних хвилеводів видимого світла. Тополяритони можуть допомогти у створенні подібних пристроїв, необхідних для подальшого розвитку оптоелектроніки.