• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
10 августа
Сколтех
1
977

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
Позавчера, 12:38
Ольга Иванова

Американские исследователи узнали, что продолжительность жизни пенсионеров зависит не столько от наличия у них хронических заболеваний, сколько от таких простых факторов, как возможность ходить в магазин за продуктами, выполнять уборку в доме, показатели мелких частиц холестерина в крови и вредные привычки, которые они имели ранее.

Вчера, 16:24
Михаил Орлов

Белки рыб, обитающих у дна океана под большим давлением, оказались защищены молекулами триметиламиноксида. Это соединение хорошо связывает воду и не позволяет биологическим молекулам терять правильную трехмерную форму и разрушаться.

Вчера, 12:51
Мария Азарова

В этом году премия досталась Алену Аспе, Джону Клаузеру и Антону Цайлингеру.

1 октября
Сергей Васильев

Моделирование указало, как менялся путь формирования и распада суперконтинентов на протяжении истории Земли. Это позволило ученым предсказать, как и где образуется следующий из них, снова объединив практически всю сушу планеты.

Позавчера, 12:38
Ольга Иванова

Американские исследователи узнали, что продолжительность жизни пенсионеров зависит не столько от наличия у них хронических заболеваний, сколько от таких простых факторов, как возможность ходить в магазин за продуктами, выполнять уборку в доме, показатели мелких частиц холестерина в крови и вредные привычки, которые они имели ранее.

2 октября
Редакция

Итальянский ботаник Стефано Манкузо — о преимуществах естественных отношений и о том, что бывает, когда люди нарушают хрупкое равновесие между биологическими видами. Naked Science печатает отрывок из книги Манкузо La nazione delle piante («Нация растений»).

16 сентября
Алиса Гаджиева

Геродот в своей «Истории» утверждал, что блоки для пирамиды Хеопса и соседних пирамид доставляли по воде. Но сегодня от Нила до пирамид слишком далеко. Исследование кернов, взятых в пойме реки, позволило понять, как именно решался сложнейший вопрос транспортировки такого строительного материала.

15 сентября
Никита Логинов

Светодиоды потребляют намного меньше энергии, чем традиционные газоразрядные лампы, что должно сократить парниковые выбросы. Но при этом светодиодное освещение угрожает здоровью жителей и разрушает местные экосистемы в городах и селах.

6 сентября
Александр Березин

Нашей планете 4,5 миллиарда лет, и 539 миллионов лет на ней тянется эра «явной жизни» (фанерозой) — то есть такой, когда на планете есть крупные, высокоорганизованные животные. Сам собой возникает вопрос: быть может, среди них был разум?

[miniorange_social_login]

Комментарии

1 Комментарий

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: