Фізики створюють крихітні урагани світла, які могли б транспортувати величезну кількість даних

Значна частина сучасного життя залежить від кодування інформації в засобах її доставки. Загальним методом є кодування даних у лазерному світлі та надсилання їх через оптичні кабелі. Зростаючий попит на додаткові потужність інформаційної потужності вимагає, щоб ми постійно зналили кращі способи його кодування.

Дослідники кафедри прикладної фізики університету Аалто знайшли новий спосіб створити крихітні урагани світла – відомі вченим як вихори – які можуть мати інформацію. Метод заснований на маніпулюванні металевими наночастинками, які взаємодіють з електричним полем.

Метод проектування, що належить до класу геометрії, відомого як квазикристалів, був задуманий докторським дослідником Крістіаном Арджасом та експериментально реалізованим докторським дослідником Джані Таскінен, обидва з групи Quantum Dynamics професора Паіві Тьорма. Відкриття являє собою фундаментальний крок вперед у фізиці та несе потенціал для абсолютно нових способів передачі інформації.

Дослідження опубліковано в журналі Природні комунікації.

Половина порядку і хаос

Вихр – у цьому випадку – як ураган, який виникає в проміні світла, де спокійний і темний центр оточений кільцем яскравого світла. Так само, як око урагану спокійне через вітри навколо нього, що дме в різних напрямках, око вихору темне через електричне поле яскравого світла, що вказує на різні напрямки з різних боків променя.

Попередні дослідження фізики пов’язали, які вихори можуть з’явитися з тим, наскільки симетрія є в структурі, яка їх виробляє. Наприклад, якщо частинки в нанорозмірному масштабі розташовані в квадратах, вироблене світло має єдиний вихор; Шестикутники виробляють подвійний вихор тощо. Більш складні вихори потребують щонайменше восьмикутних форм.

Тепер Арджас, Таскінен та команда розблокували метод створення геометричних фігур, які теоретично підтримують будь -який вид вихору.

“Це дослідження стосується взаємозв’язку між симетрією та обертанням вихору, тобто, які вихори ми можемо генерувати з якими видами симетрій. Наш квазикристальний дизайн знаходиться на півдорозі між порядку та хаосом”, – говорить Тьорма.

Хороші вібрації

У своєму дослідженні група маніпулювала 100 000 металевих наночастинок, кожна приблизно розміром із сотої однієї пасма людського волосся, щоб створити свій унікальний дизайн. Ключ лежав у пошуку того, де частинки взаємоділи з потрібним електричним полем як мінімум, а не найбільше.

“Електричне поле має гарячі точки високої вібрації та плями, де воно по суті мертве. Ми ввели частинки в мертві плями, які закрили все інше і дозволили нам вибрати поле з найцікавішими властивостями для застосувань”, – говорить Таскінен.

Відкриття відкриває безліч майбутніх досліджень у дуже активній галузі топологічного вивчення світла. Він також представляє ранні кроки для потужного способу передачі інформації в областях, де потрібно світло для надсилання закодованої інформації, включаючи телекомунікації.

“Ми могли б, наприклад, надіслати ці вихори вниз по кабелях оптичних волокон і розпакувати їх у пункті призначення. Це дозволило б нам зберігати нашу інформацію в набагато меншому просторі та передавати набагато більше інформації. Оптимістична здогадка про те, наскільки буде вісім -шістнадцять разів більше інформації, яку ми можемо надати через оптичне волокно”, – говорить Арджас.

Практичні програми та масштабованість дизайну команди, ймовірно, займуть роки інженерії. Однак група Quantum Dynamics в AALTO має свої руки з дослідженнями надпровідності та вдосконаленням органічних світлодіодів.

Група використовувала дослідницьку інфраструктуру Otanano для нано-, мікро- та квантових технологій у своєму дослідженні.