Ученые прикладной физики из Университета Аалторазработали инновационный метод создания крошечных «световых ураганов», называемых вихрями. Этот метод позволяет, более быстро передавать информацию, управляя металлическими наночастицами, взаимодействующими с электрическими полями.
Концепция, основанная на квазикристаллических формах, была предложена аспирантом Кристианом Арьясом и реализована в опытах аспиранта Яни Таскинена, которые являются членами группы квантовой динамики профессора Пьяви Торма. Эти структуры позволяют не только увеличивать скорость обмена информацией, но и управлять ею более эффективно, открывая новые возможности для будущих технологий.
В данном случае вихрь можно сравнить с ураганом, который образуется в световом луче. Он представляет собой темный центр, окруженный кольцом яркого света. Подобно тому как в центре урагана царит спокойствие благодаря ветрам, дующим в разных направлениях, в центре вихря темно, поскольку электрическое поле яркого света направлено в разные стороны с разных сторон луча.
Предыдущие исследования показывают, что типы вихрей зависят от симметрии структуры, создающей их. Например, если частицы наноразмера размещены в квадратной форме, то созданный свет имеет один вихрь, а шестиугольные структуры формируют двойной вихрь и так далее. Для более сложных вихрей требуется как минимум восьмиугольная форма. На сегодняшний день исследователи разработали метод создания геометрических форм, которые теоретически могут поддерживать любые виды вихрей.
«Это исследование посвящено взаимосвязи между симметрией и вращением вихря, то есть тому, какие виды вихрей мы можем генерировать с использованием различных структур», — говорят ученые. Чтобы создать уникальный дизайн, исследователи использовали 100 тыс. металлических наночастиц, каждая из которых составляет примерно одну сотую толщины человеческого волоса. Главной задачей было выяснить, где частицы взаимодействуют с электрическим полем минимальной активности.
«Электрическое поле обладает зонами с высокой активностью и участками, где оно практически не действует. Мы поместили частицы в эти «неактивные» зоны, что позволило отключить всю остальную активность и выбрать поле с наиболее подходящими свойствами для дальнейшего использования», — объясняет Таскинен.
Это открытие делает первый шаг к перспективам для будущих исследований в активной области топологического изучения света. А также может привести к созданию более эффективных методов передачи информации в различных областях, где свет используется для кодирования данных, включая телекоммуникации. Ученые полагают, что могли бы отправлять эти вихревые структуры по оптоволоконным кабелям и декодировать их на конечном пункте. Это значительно сократит объем хранимой информации и позволит передавать больше данных.
Однако практическое применение и масштабируемость разработки команды могут занять годы инженерной работы. Тем не менее группа по квантовой динамике в Аалто сейчас сосредоточена на исследованиях в области сверхпроводимости и улучшении органических светодиодов.
Ранее исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции разработали систему, которая позволяет сигналам без помех проходить большие расстояния и передавать изображения, видео и данные c космических аппаратов на Землю.