Ученые разработали метод создания кристаллов из световых узлов

Международная группа физиков из Сингапура и Японии разработала инновационный метод создания пространственно-временных кристаллов из сложных световых структур, известных как хопфионы. Эти трехмерные световые образования характеризуются внутренними спин-структурами, формирующими запутанные замкнутые петли.

Ключевое достижение исследователей заключается в организации хопфионов в кристаллические решетки с периодическим повторением как в пространстве, так и во времени. Ранее хопфионы удавалось создавать только как отдельные объекты в магнитных или световых полях.

Технология основана на точном наложении двух световых лучей с различными длинами волн и направлениями поляризации. При их взаимодействии возникает псевдоспин, изменяющийся в строго контролируемом ритме. Когда длины волн соотносятся в простой пропорции, формируется регулярная последовательность хопфионов, повторяющаяся с каждым циклом.

Исследователи продемонстрировали возможность создания одномерных цепочек хопфионов с различной «топологической прочностью». В зависимости от параметров настройки, внутренние петли могут быть более или менее интенсивно переплетены, а при смене цветовых компонентов способны менять свой знак. Компьютерное моделирование подтвердило сохранение практически идеальных топологических свойств на протяжении всего цикла.

Для построения трехмерных кристаллов хопфионов используются специально расположенные источники излучения: дипольные решетки, решетчатые ответвители или микроволновые антенны. Они создают световую решетку, структурированную в виде элементарных ячеек с противоположной топологией, что формирует чередующийся узор по всему объему кристалла.

В отличие от предшествующих методов, основанных на распространении и дифракции света, новый подход функционирует в фиксированной плоскости, где ключевую роль играет периодическая суперпозиция волн.

Потенциальные применения данной технологии включают разработку многомерных систем шифрования, создание надежных каналов связи, новые методы манипуляции атомами и инновационные способы взаимодействия света с материей. Топологические структуры подобного типа могут стать основой для особенно стабильных и плотных информационных систем в фотонике.

Источник: WinFuture