В ИТМО показали простой способ перестройки топологических состояний света
Группа ученых университетов ИТМО, Австралийского национального и Цзилиньского разработали топологическую структуру, позволяющую динамически перестраивать краевые состояния света. За счет особой формы составляющих систему частиц открывается возможность менять ее свойства путем вращения отдельных частиц. Эффективность такого решения исследователи продемонстрировали в ходе микроволнового эксперимента. Полученные результаты ускорят развитие топологически защищенных электромагнитных устройств.
Все популярнее становится идея замены электронных устройств фотонными, в которых информация передается с помощью света. В связи с этим перспективна концепция топологических (краевых) состояний света, которые могут распространяться без рассеяния на дефектах и неоднородностях или образовывать локализованные состояния с частотой, устойчивой к различным помехам из внешней среды.
Чтобы получить эти состояния, необходимо использовать структуры на основе резонансных частиц, составленных в определенную решетку. Обычно исследователи подбирают специальную геометрию конструкции, например, меняют расстояние между частицами. Но такие структуры сложно регулировать, особенно в режиме реального времени.
Ученые из фронтирной лаборатории «Исследование фундаментальной физики с помощью топологических метаматериалов» под руководством М. А. Горлача Нового физтеха Университета ИТМО предложили управлять топологическими состояниями света при помощи чередования свойств самих частиц, а именно, их ориентации. Такой подход позволяет не только локализовать эти состояния, но и намного проще перестраивать их (изменять длину локализации света, «переключать» край структуры, на котором они появляются). Эффективность решения исследователи продемонстрировали в микроволновом эксперименте, используя решетку из керамических частиц, по форме напоминающих крошечные лошадиные подковы.
«Благодаря чередованию ориентации частиц можно получить стабильные защищенные краевые состояния. Вдобавок мы можем крутить эти частицы в реальном времени, что позволяет динамически перестраивать длину локализации этих состояний, переключать край, который будет светиться. Это оказывается перспективным не только в микроволнах, где у нас был проведен эксперимент, но и в оптическом диапазоне», — рассказывает Даниил Бобылев, автор исследования, аспирант Нового физтеха Университета ИТМО.
Сперва ученые оптимизировали форму отдельной частицы. Затем они составили из таких «подковок» одномерный массив (систему соосных несимметричных цилиндров), который в ходе эксперимента засвечивается микроволнами определенной частоты, демонстрируя распределение электромагнитного поля.
«Когда мы крутили керамические диски, то увидели, что локализация менялась от концентрированной (в центре) до полностью размытой, если меняли нетривиальную структуру на тривиальную. Это подтвердило результаты теоретических выводов и численного моделирования, которые мы продемонстрировали в прошлых работах. Это открывает большие возможности. Например, наша конструкция может быть полезна при разработке топологических волноводов, резонаторов, переключателей для связи поколения 6G», — добавляет Даниил Бобылев.
«Данная работа — одно из перспективных направлений работы недавно созданной лаборатории «Исследование фундаментальной физики с помощью топологических метаматериалов». Возможность гибкой перестройки свойств метаматериала важна для нас и в другом контексте — в поисках темной материи при помощи резонаторов на основе среды из проводов. Ближайшим шагом мы планируем обобщить полученные результаты на двумерный случай», — рассказывает Максим Горлач, руководитель фронтирной лаборатории, старший научный сотрудник ИТМО. Исследование было выбрано для публикации на обложке выпуска журнала ACS Photonics. Работа поддержана программой Минобрнауки РФ «Приоритет 2030» и грантом РНФ.
Telegram 
Дзен 
VK Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно