Впервые обнаружен вихревой кластер с периодическим изменением топологических зарядов
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.
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.
Telegram 
Дзен 
VK Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
Ученые выяснили, что золото владеет уникальной «техникой самообороны», которая защищает его от потускнения. Оказалось, атомы на поверхности этого металла способны самостоятельно перестраиваться в особые защитные структуры. Такой невидимый барьер блокирует контакт с кислородом и подавляет процесс окисления в триллион раз эффективнее, чем поверхность любого другого металла.
Кит живет двести лет, умеет пробивать головой полуметровый лед и поет океанский джаз голосом несмазанной дверной петли. Охотоморские гренландские киты — это не просто многотонные ледоколы. Это древние узники, которые остались жить в Охотском море со времен последнего оледенения. Это счастливцы, которые смогли пережить гарпуны китобоев XIX-XX веков, но сегодня уязвимы не меньше. Чтобы спасти этих поразительных китов, российским ученым и команде фонда «Природа и люди» приходится: считать хвосты, читать биографии по шрамам, прятать подростков от хищников, стрелять (спутниковыми метками) с парамоторов и тяжелых дронов. Рассказываем, как устроена жизнь гренландских китов России и кто помогает им не исчезнуть навсегда с лица планеты.
Ученые выяснили, почему интервальное голодание для многих оказывается эффективнее обычных диет. Исследование показало, что ограничение времени для приема пищи избавляет худеющего от изнуряющего ощущения жесткого контроля и при этом позволяет сбросить ровно столько же, сколько при скрупулезном подсчете калорий.
Деревья растут и люди стареют не потому, что идет время, а из-за происходящих внутри них процессов. Но можно ли сказать, что именно эти процессы порождают время? Ученый создал маленькую Вселенную, в которой дела обстоят именно так.
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.
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.
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