• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
14.06.2022
Университет ИТМО
1 318

В ИТМО показали простой способ перестройки топологических состояний света

4.6

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.

В ИТМО показали простой способ перестройки топологических состояний света / ©Getty images / Автор: Ирина Мельникова

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.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Университет ИТМО (Санкт-Петербург) — национальный исследовательский университет, ведущий вуз России в области информационных и фотонных технологий. Альма-матер победителей международных соревнований по программированию: ICPC (единственный в мире семикратный чемпион), Google Code Jam, Facebook Hacker Cup, Яндекс.Алгоритм, Russian Code Cup, Topcoder Open и др. Приоритетные направления: IT, фотоника, робототехника, квантовые коммуникации, трансляционная медицина, урбанистика, Art&Science, Science Communication.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 12:00
НИУ ВШЭ

Международная команда исследователей с участием ученых из НИУ ВШЭ изучила, как люди, владеющие двумя языками (билингвы), ассоциируют время с пространством. Оказалось, что и в первом, и во втором языке они связывают прошлое с левой частью пространства, а будущее — с правой. При этом чем выше уровень владения вторым языком, тем сильнее выражена эта связь.

Сегодня, 07:01
Татьяна

Неандертальцы процветали сотни тысяч лет в очень сложных, меняющихся условиях. Ключ к пониманию их способностей — диета. Важно выяснить, чем и как питалась эта ветвь людей. Установлено, что они охотились на крупных животных, а вот мелкая дичь под вопросом. Чтобы внести ясность, ученые приготовили птицу с использованием кремневых отщепов и углей.

Позавчера, 20:03
Андрей

Человек множеством способов загрязняет природу вокруг себя, преимущественно воду. В Мировой океан попадают как отходы с производств, так и тонны пластикового мусора. Все это способно отравлять жизнь морских животных, особенно редких вроде акул. Одним из малоизученных токсичных источников можно назвать наркотики, в частности кокаин. Случайное употребление этого вещества акулами раньше только предполагали, но теперь бразильские биологи нашли прямые доказательства.

22 июля
Татьяна

Исследуя глубоководные сообщества в районе Тихого океана, богатом железомарганцевыми конкрециями, ученые из Великобритании неожиданно обнаружили новый источник кислорода. Теперь они опасаются, что разработка этих месторождений может нарушить сложившиеся экосистемы.

Позавчера, 12:00
НИУ ВШЭ

Международная команда исследователей с участием ученых из НИУ ВШЭ изучила, как люди, владеющие двумя языками (билингвы), ассоциируют время с пространством. Оказалось, что и в первом, и во втором языке они связывают прошлое с левой частью пространства, а будущее — с правой. При этом чем выше уровень владения вторым языком, тем сильнее выражена эта связь.

22 июля
Татьяна

Врачи давно знают, что во время каникул и праздников растет число пациентов с нарушениями работы сердца. Причина — в неумеренном пьянстве. Две группы ученых показали, как спиртное вызывает мерцательную аритмию, а также предупредили о рисках для женщин, принимающих гормональную заместительную терапию.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

12 июля
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно