• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
10.08.2022
Сколтех
1
1 030

Впервые обнаружен вихревой кластер с периодическим изменением топологических зарядов

4.6

Исследователи из Сколтеха, Исландского и Саутгемптонского университетов показали, как формируется ранее не наблюдавшийся объект из области квантовой физики, представляющий собой кластер оптических вихрей с периодически меняющимися зарядами. Результаты фундаментальных исследований оптических вихрей имеют перспективы практического применения в оптической микроскопии, квантовой криптографии, оптической связи с расширенной полосой пропускания, аналоговых вычислениях.

Впервые обнаружен вихревой кластер с периодическим изменением топологических зарядов / ©Getty images

Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters и анонсировано на его обложке. Оптический вихрь — это поток света, фаза которого закручена по спирали вокруг оси распространения луча. При проецировании на плоскость он имеет вид кольца с интенсивностью равной нулю в центре. Вихрь характеризуется так называемым топологическим зарядом, то есть числом, обозначающим «скорость» и направление его вращения.

Как сообщают авторы исследования, им удалось обнаружить четыре вихря в виде кластера и пронаблюдать периодические изменения их зарядов с интервалом в одну пятую наносекунды. Если кластеры и решетки из оптических вихрей удавалось наблюдать и ранее, то о таких быстрых изменениях зарядов сообщается впервые.

Оптические вихри открывают уникальные возможности для расширения полосы пропускания в волоконно-оптических линиях связи. Известно, что количество каналов связи, которые можно «упаковать» в оптическое волокно, ограниченно, а значит, ограниченна и его пропускная способность. Однако, если два вихря (при одинаковой длине волны света) различаются по заряду, то они оба могут занимать один канал не взаимодействуя друг с другом. Такая технология уплотнения каналов связи называется мультиплексированием.

Еще одно перспективное применение оптических вихрей − оптический пинцет, представляющий собой лазерный луч для удержания или перемещения микроскопических объектов, например, атомов, наночастиц и даже живых клеток. Эта технология начала применяться еще в 1980-х годах, но ее можно усовершенствовать с помощью оптических вихрей, которые позволят захватывать объект и вращать его за счет того, что вихрь обладает определенным зарядом.

Экспериментальная часть исследований проводилась в Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха под руководством вице-президента Сколтеха по фотонике, профессора Павлоса Лагудакиса. В экспериментах вихри создавались в экситон-поляритонном конденсате в полупроводниковом микрорезонаторе. Такая система состоит из двух близко расположенных друг к другу зеркал с высоким коэффициентом отражения, между которыми находятся квантовые ямы.

Это обеспечивает локализацию света и так называемую сильную связь фотонов с полупроводниковой средой, что в свою очередь приводит к формированию поляритонов – квазичастиц, представляющих собой связанные состояния электронов и дырок в полупроводнике, а также фотонов внутри микрорезонатора.

«Сложность состояла в том, чтобы удостовериться, что ориентация зарядов вихрей носит случайный характер, чтобы в итоге система сама организовалась в упорядоченный кластер. Поэтому просто встроить в нашу систему вихревую решетку при помощи лазера мы не могли — в результате мы получили бы вихри с заранее определенными зарядами, а спонтанность процесса полностью исчезла бы», — рассказывает первый автор статьи, аспирант Сколтеха Кирилл Ситник.

«Для возбуждения поляритонов мы использовали лазерное излучение. Когда мощность возбуждения достигала критических значений, часть поляритонов локализовалась внутри оптически индуцированной ловушки. Таким образом, поляритонный конденсат находился в суперпозиции макроскопических квантованных состояний с периодическими колебаниями зарядов вихрей», — комментирует руководитель исследования, профессор Павлос Лагудакис.

Исследование проводилось при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований. В состав исследовательской группы помимо Кирилла Ситника и Павлоса Лагудакиса вошли научные сотрудники Сколтеха Сергей Аляткин и Тамсин Куксон, аспирант Сколтеха Иван Гнусов и научный сотрудник Исландского и Саутгемптонского университетов Хельги Сигурдссон. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 16:33
Игорь Байдов

Ученые из Великобритании выяснили, что во время движения жгутик сперматозоида создает узоры по принципу, который описал Алан Тьюринг больше 70 лет назад. Иными словами, исследователи показали, что между движением сперматозоидов и формированием узоров в природе существует связь.

Вчера, 12:34
Кирилл Отавин

Мы предлагаем за несколько минут узнать, на какого специалиста в атомной сфере вы больше всего похожи. И кто знает — быть может, именно этот путь вам и предстоит?

12 часов назад
Василий Парфенов

Эпидемию ожирения связывают с доступностью ультраобработанной пищи — высококалорийных продуктов с ярко выраженным вкусом. Например, мясных полуфабрикатов, колбас, сладостей вроде шоколадных батончиков и продукции предприятий быстрого питания. Среди диетологов и психологов давно устоялось мнение, что привлекательность такой пищи для человека заключается в природном стремлении есть что-то как можно более калорийное и приятное на вкус. Однако напрямую эту гипотезу протестировали только сейчас, и результаты исследования оказались неожиданными.

24 ноября
Ольга Иванова

Исследователь из Британии пришел к выводу, что люди, которые излишне оптимистично относятся к своему финансовому положению в будущем, обладают более низкими когнитивными способностями по сравнению с теми, кто старается смотреть на вещи реально или даже пессимистично.

Вчера, 12:34
Кирилл Отавин

Мы предлагаем за несколько минут узнать, на какого специалиста в атомной сфере вы больше всего похожи. И кто знает — быть может, именно этот путь вам и предстоит?

Вчера, 16:33
Игорь Байдов

Ученые из Великобритании выяснили, что во время движения жгутик сперматозоида создает узоры по принципу, который описал Алан Тьюринг больше 70 лет назад. Иными словами, исследователи показали, что между движением сперматозоидов и формированием узоров в природе существует связь.

15 ноября
Александр Березин

Парниковый эффект от американского природного газа, поставляемого в Старый Свет, неожиданно оказался выше, чем от сжигания местного угля. И намного выше, чем от российского газа.

10 ноября
Михаил Орлов

Известно всего несколько примеров злокачественных опухолей, которые ведут себя подобно инфекции — передаются другим организмам. Среди них — трансмиссивный рак двустворчатых моллюсков BTN. Авторы новой статьи описали географические и экологические аспекты распространения BTN среди мидий в Баренцевом море, оценили число больных моллюсков и узнали, как расселение «заразного рака» связано с Северным морским путем.

5 ноября
Александр Березин

Первый полет Ил-96-400М с новой — и полностью российской — авионикой преподносят как большой успех. «Это демонстрация высочайшего уровня компетенций отечественных КБ и авиазаводов», — не скупится на похвалы министр Денис Мантуров. Но есть и иная точка зрения: первый полет Ил-96 был еще в 1988 году. И для сегодняшнего дня он подходит не сильно больше, чем типичный автомобиль той же эпохи. Российские пилоты не скрывают: экономически такой самолет будет тяжелым ядром на ноге той авиакомпании, что его купит. Но значит ли это, что он не нужен? И что вообще будет с широкофюзеляжными авиалайнерами в нашей стране?

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

Yuriy Portnov
11.08.2022
-
0
+
Интересно, а суммарный топологический заряд изменялся или нет?
Подтвердить?
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
Лучшие материалы
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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: