Исследователи в области прикладной физики из Университета Аалто разработали инновационный метод создания крошечных «световых ураганов», называемых вихрями. Этот метод позволяет значительно повысить скорость передачи информации, управляя металлическими наночастицами, которые взаимодействуют с электрическими полями.
Концепция, лежащая в основе исследования, была предложена аспирантом Кристианом Ариасом и реализована в экспериментах аспиранта Яни Таскинена, которые являются частью группы квантовой динамики профессора Пьяви Тормы. Эти структуры не только ускоряют обмен информацией, но и делают процесс управления ею более эффективным, что открывает новые горизонты для будущих технологий.
Вихрь, созданный в световом луче, можно сравнить с ураганом. Он имеет тёмный центр, окружённый кольцом яркого света. В центре урагана царит спокойствие, потому что ветры, дующие в разных направлениях, уравновешивают друг друга. Точно так же в центре вихря темно, потому что электрическое поле яркого света направлено в разные стороны из разных частей луча.
Предыдущие исследования показали, что типы вихрей зависят от симметрии структуры, которая их создаёт. Например, если наночастицы расположены в форме квадрата, то получается один вихрь, а шестиугольные структуры формируют двойной вихрь, и так далее. Для более сложных вихрей требуется хотя бы восьмиугольная форма. На данный момент учёные разработали метод создания геометрических форм, которые могут поддерживать различные виды вихрей.
«Это исследование посвящено взаимосвязи между симметрией и вращением вихря, то есть тому, какие вихри можно генерировать, используя различные структуры», — рассказывают учёные. Для создания уникального дизайна исследователи использовали 100 тыс. металлических наночастиц, каждая из которых примерно в 100 раз тоньше человеческого волоса. Главной задачей было найти место, где частицы взаимодействуют с электрическим полем с минимальной активностью.
«Электрическое поле состоит из зон с высокой активностью и участков, где оно почти не действует. Мы поместили частицы в эти «неактивные» зоны, что позволило исключить всю остальную активность и выбрать поле с наиболее подходящими свойствами для дальнейшего использования», — объясняет Таскинен.
Это открытие представляет собой важный шаг в исследованиях в области топологического изучения света. Оно также может привести к созданию более эффективных методов передачи информации, особенно в тех областях, где свет используется для кодирования данных, например в телекоммуникациях. Ученые предполагают, что вихревые структуры можно передавать по оптоволоконным кабелям и декодировать их в конечной точке, что позволит значительно сократить объем хранимых данных и передавать больше информации.
Однако практическое применение и масштабирование этой разработки потребуют нескольких лет инженерных усилий. Тем не менее, группа по квантовой динамике в Университете Аалто продолжает исследования в области сверхпроводимости и улучшения органических светодиодов.
Ранее исследователи из Технологического университета Чалмерса в Швеции разработали систему, которая позволяет сигналам беспрепятственно преодолевать большие расстояния и передавать изображения, видео и данные с космических аппаратов на Землю.