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 Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Астробиологи с помощью сложных трехмерных климатических моделей доказали, что растительная жизнь на Земле способна просуществовать еще около 1,8 миллиарда лет. Это значительно дольше, чем предсказывали предыдущие расчеты.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
В 2025 году детекторы гравитационных волн уловили потенциальное слияние черных дыр крайне малой массы. Ученые из Университета Майами считают, что участники того события могут открыть новое направление в исследовании темной материи.
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