用蜂巢螺旋结构做拓扑绝缘
以色列和德国的科学家已经研究出了拓扑绝缘体的光学模拟。拓扑绝缘体由一系列螺旋导波管组成，光无法在导波管之间传播，却可以在其表面畅通无阻——即使导波管表面不平整。该小组介绍到，这一性能可用于模仿量子现象或者用于光子电路中。2005年人们第一次预测到了拓扑绝缘，随后即在实验室得到证实，它已成为凝聚态物理中的热点话题。这些物质聚在一起是电气绝缘，它们各自的表面则有很强的导电能力。正是由于导波管整体的拓扑结构造成了每个波管表面强劲的导电性。每个导波管表面和导波管整体的电流差别很大：电子可以沿着表面移动而不会分散到整个系统中。
保存动量
更为重要的是，带有一定动量、在表面传导的电子无法扩散至一个带有相反动量的整体中，原因在于：电子必须自旋翻转才能达到这一目的，而在普通材质中它根本实现不了。所以电子别无选择，只能沿着同一方向传导。在量子计算中，遇到不平整时的散射会损害电子携带的量子信息，因此，拓扑绝缘在量子计算的应用中显示出了极大的潜力，
现在，一个小组已经研究出了一种类似于拓扑绝缘的光学材料。一篇论作说到，把一种物质置于时变电磁场时，拓扑绝缘就有可能被创造出来。小组成员在2011年读到了这篇文章，从而产生了这一想法。他们发现，若沿着导波管的方向是由时间而不是z分量的空间决定，那么这种物质的二维薛定谔方程式等同于描述在大量光中进行的三维光传播的方程式。
光的泄露
如果导波管仅仅是笔直的圆柱体，那么光会从导波管泄露出去，这使得导波管的组合整体变得与x-y平面中的导电体相类似——事实上，这种组合整体就是蜂窝状的，它的性能也与石墨烯的电子性能类似。但是，要想模拟时变磁场，波导管必须成螺旋状，这样一来，在x-y传导带中才会有一个空间来阻止光在不同导波管中的泄露——就创造出了成整体的绝缘体。然而，由于表面传播的状态持续存在，光可以在表面x-y方向上自由传播。
为了在实验室检验这一想法，该小组使用了一块熔融石英以及飞秒激光写作法（起修饰局部折射率的作用）来制作螺旋导波管的组合。导波管之间的最小距离为15微米，整个结构长10厘米。研究人员随后在组合整体的六边形切边缘发射了一束光，正如所料，光是在导波管表面而非整个组织的内部沿着x-y方向传播的。更进一步地，当光到达组织的边缘时，它轻巧地转了个弯，在相邻的表面上继续传播——作为实例说明了导波管表面传播有多么强大。
为了进一步验证表面传播的稳定性，该小组还研究出了导波管表面有缺失的组合。研究人员再一次发现，正如人们对拓扑绝缘的预测一样，光能够准确无误地越过这些瑕疵继续前行。
次波长物质
该小组对物理世界网说到：这种光子拓扑绝缘体可以用于硅光子学中，硅光子是一种使用光脉冲而非电子信号来传递内容的循环电路。制造小型硅光子电路的关键问题在于杜绝光因反射或泄露而传播到它不应该在的地方——这会导致循环电路之间的串扰。理想状况下，用拓扑绝缘就能做到这一点——把光局限在小于光本身波长的空间里。
物理学家们还认为，这种物质在量子效应中做光子模拟器也会十分有用。例如，在实物中，它可以更好的接受电子的信息。最后，该小组指出，人们努力使用量子作为量子比特来发明量子计算机，他们也会对光子拓扑绝缘产生兴趣，原因在于：无散射传播在量子计算机的强劲发展中可能起到很大作用。
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