Неожиданное открытие — свет в форме дымового кольца ведет себя как частица

Исследователи сообщают о новом очень необычном семействе трехмерных топологических солитонов со структурированным светом, фотонных прыжках, где топологические текстуры и топологические числа могут быть свободно и независимо настроены.

Неожиданное открытие — свет в форме дымового кольца ведет себя как частица

В нашей повседневной жизни мы часто можем встретить локализованную волновую структуру, которая сохраняет свою форму при распространении — представьте себе кольцо дыма, летящее в воздухе. Подобные стабильные структуры изучались в различных областях исследований и могут быть обнаружены в магнитах, ядерных системах и физике элементарных частиц. В отличие от кольца дыма их можно сделать устойчивыми к возмущениям. Это известно в математике и физике как топологическая защита.

Типичным примером является наноразмерная ураганоподобная текстура магнитного поля в тонких магнитных пленках, ведущих себя как частицы, то есть не меняющие своей формы, называемые скирмионами. Подобные пончиковые (или тороидальные) узоры в трехмерном пространстве, визуализирующие сложные пространственные распределения различных свойств волны, называются хопфионами. Достижение таких структур с помощью световых волн очень труднодостижимо.

Недавние исследования структурированного света выявили сильные пространственные вариации поляризации, фазы и амплитуды, которые позволяют понять и открывают возможности для разработки топологически стабильных оптических структур, ведущих себя как частицы. Такие квазичастицы света с управлением разнообразными топологическими свойствами могут иметь большой потенциал, например, в качестве носителей информации следующего поколения для оптической передачи сверхбольшой емкости, а также в квантовых технологиях.

Как сообщается в журнале Advanced Photonics, группа физиков из Великобритании и Китая недавно продемонстрировали создание поляризационных паттернов с заданными топологически стабильными свойствами в трех измерениях, которые впервые можно контролируемо преобразовывать и распространять в свободном пространстве.

Эта работа обеспечивает теоретическую основу, описывающую появление этого семейства хопфионов и их экспериментальную генерацию и характеристику, раскрывая богатую структуру топологически защищенных поляризационных текстур. В отличие от предыдущих наблюдений хопфионов, локализованных в твердотельных материалах, эта работа демонстрирует, что, вопреки интуиции, оптический хопфион может распространяться в свободном пространстве с топологической защитой распределения поляризации. Надежная топологическая структура продемонстрированных фотонных прыжков при распространении часто используется в приложениях.

Эта недавно разработанная модель оптических топологических хопфионов может быть легко распространена на другие топологические образования более высокого порядка в других разделах физики. Хопфионы более высокого порядка все еще представляют собой серьезную проблему для наблюдения в других сообществах физиков, от физики высоких энергий до магнитных материалов. Предлагаемый в данной работе оптический подход может обеспечить более глубокое понимание этой сложной области структур в других разделах физики.

Читайте также

В России созданы планарные ионные ловушки для квантовых компьютеров

В России созданы планарные ионные ловушки для квантовых компьютеров

Рождение сверхпрочных материалов: как нанопокрытия обманывают физику разрушения

Рождение сверхпрочных материалов: как нанопокрытия обманывают физику разрушения

Новое исследование объяснило, почему мы пишем злые комментарии в соцсетях

Новое исследование объяснило, почему мы пишем злые комментарии в соцсетях

Древние листья предсказали судьбу современных лесов при глобальном потеплении

Древние листья предсказали судьбу современных лесов при глобальном потеплении

Ученые Стаффордширского университета раскрыли тайну проклятия мумий

Ученые Стаффордширского университета раскрыли тайну проклятия мумий

Ученые предложили новую версию путешествия 6-тонного камня Стоунхенджа из Шотландии

Ученые предложили новую версию путешествия 6-тонного камня Стоунхенджа из Шотландии

Ученые раскрыли пользу кимчи: пробиотики, витамины и жирные кислоты

Ученые раскрыли пользу кимчи: пробиотики, витамины и жирные кислоты

Ученые предложили новый сценарий происхождения первых клеток на Земле

Ученые предложили новый сценарий происхождения первых клеток на Земле

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Робот МФТИ установил рекорд сборки головоломки «мегаминкс» за 9,6 секунды

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Медицинские технологии, в которые почти невозможно поверить

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

Квантовый двигатель нарушает законы термодинамики, генерируя работу и холод одновременно

ИИ в джунглях: как в Коста-Рике тестируют сообразительность диких обезьян

ИИ в джунглях: как в Коста-Рике тестируют сообразительность диких обезьян

В России создали искусственное ухо с помощью гибридной 3D-биопечати

В России создали искусственное ухо с помощью гибридной 3D-биопечати

В Китае создали простую роборуку BioflexBot, которая оказалась гибче человеческой

В Китае создали простую роборуку BioflexBot, которая оказалась гибче человеческой

ИИ помог найти опасную уязвимость Zoom всего за 20 запросов

ИИ помог найти опасную уязвимость Zoom всего за 20 запросов

Телескоп James Webb обнаружил возможный новый тип космических объектов — «звезду-черную дыру»

Телескоп James Webb обнаружил возможный новый тип космических объектов — «звезду-черную дыру»