Скирмионы могут летать — последние разработки в новом исследовании

 

Топология в оптике и фотонике была горячей темой с 1890 года, когда рассматривались особенности в электромагнитных полях.

Недавнее присуждение Нобелевской премии за достижения в области топологии в физике конденсированного состояния привело к новому всплеску топологии в оптике с последними достижениями в реализации топологических структур, подобных частицам конденсированного состояния, в фотонике.

Схемы пространственных топологических структур магнитных вихревых колец и скирмионов в сверхтороидальном световом импульсе. Серые точки и кольца отмечают распределение сингулярностей (седловые точки и вихревые кольца) в магнитном поле, большие розовые стрелки отмечают селективные направления магнитных векторов, а меньшие цветные стрелки показывают скирмионные структуры в магнитном поле. Предоставлено: Ицзе Шен (2021 г.).

Схемы пространственных топологических структур магнитных вихревых колец и скирмионов в сверхтороидальном световом импульсе. Серые точки и кольца отмечают распределение сингулярностей (седловые точки и вихревые кольца) в магнитном поле, большие розовые стрелки отмечают селективные направления магнитных векторов, а меньшие цветные стрелки показывают скирмионные структуры в магнитном поле. Предоставлено: Ицзе Шен (2021 г.).

В последнее время топологическая фотоника, особенно топологические электромагнитные импульсы, открывает перспективу для нетривиальных взаимодействий волны с веществом и обеспечивает дополнительные степени свободы для передачи информации и энергии.

Однако на сегодняшний день топология сверхбыстрых переходных электромагнитных импульсов практически не исследована.

В своей статье Nat. Общий., физики из Великобритании и Сингапура сообщают о новом семействе электромагнитных импульсов, точных решениях уравнения Максвелла с тороидальной топологией, в котором топологическую сложность можно непрерывно контролировать, а именно о супертороидальной топологии. Электромагнитные поля в таких сверхтороидальных импульсах имеют скирмионные структуры, поскольку они распространяются в свободном пространстве со скоростью света.

Прочитайте также  Ультразвуковое лечение дало толчок мозгу

 

Скирмионы, сложные топологические частицы, первоначально предложенные Тони Скирмом в качестве единой модели нуклона в 1962 году, ведут себя как наноразмерные магнитные вихри с впечатляющими текстурами. Они широко изучались во многих системах конденсированного состояния, включая хиральные магниты и жидкие кристаллы, как нетривиальные возбуждения, показывающие большое значение для хранения и передачи информации. Если скирмионы могут летать, откроются безграничные возможности для следующего поколения революции в области информатики.

«Это первые известные примеры распространения скирмионов, — говорит профессор Николай Желудев, руководитель проекта, — фундаментальных топологических конструкций, которые ранее наблюдались в виде спиновых образований в твердых телах и локализованных электромагнитных возбуждений в ближнем поле структур метаматериалов».

Сверхтороидальный импульс является обобщением так называемого «летающего пончика», тороидального одноциклового импульса с пространственно-временной неразрывной структурой со связями с векторными сингулярностями и неизлучающими анапольными возбуждениями. Супертороидальный импульс имеет все более сложные фрактальные тороидальные топологические структуры, демонстрирующие конфигурации электромагнитного поля с сингулярными оболочками, напоминающими матрешки, скирмионные структуры с различными числами скирмионов и множественные сингулярности в векторном поле Пойнтинга, сопровождаемые многослойными эффектами обратного потока энергии. А топологической сложностью можно управлять, увеличивая сверхтороидальный порядок увеличения импульса.

Прочитайте также  МГУ не будет ужесточать правила приёма для жителей Турции

Эти результаты выдвинули сверхтороидальные импульсы как площадку для изучения топологических конфигураций полей и их динамики. Представленные здесь топологические особенности супертороидальных импульсов обеспечивают дополнительные степени свободы, которые могут найти применение в ряде областей, таких как схемы кодирования / декодирования информации, включающие структурированный свет, оптический захват, производство с помощью света и ускорение частиц.

«Мы считаем, что это первый случай, когда скирмионная структура предлагается в сверхбыстрых структурированных импульсах, а множественная скирмионная структура с различными текстурами существует в мгновенном электромагнитном поле сверхтороидального импульса. Такие скирмионные структуры фотоники используют интригующие четкие пространственные особенности, обещая потенциальные применения в высокоточной метрологии и построении изображений со сверхвысоким разрешением », — говорит доктор Ицзе Шен, ведущий автор статьи.

Эта работа открывает множество интригующих возможностей для изучения взаимодействия света и вещества, сверхбыстрой оптики и топологической оптики со сверхтороидальными световыми импульсами (например, связь с электромагнитными анаполями и локализованными скирмионами) и их приложений в метрологии сверхвысокого разрешения и визуализации, передаче информации и энергии.


В нашем Telegram‑канале, и группе ВК вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
👇 Поделитесь в вашей соцсети

ДРУГИЕ НОВОСТИ

 

Добавить комментарий