Naujininkai prikėlė 200 metų efektą: paprastas diskas ir lazeris gali pakeisti kompiuterius

Seniai žinomas efektas, naujas proveržis

Singapūro Nanyang technologijos universiteto mokslininkai parodė, kad sudėtingas šviesos struktūras galima sukurti stebėtinai paprastai: lazerio spindulį nukreipiant į mažą apvalų diską. Taip suformuojami stabilūs, besisukantys šviesos raštai, siejami su ateities duomenų saugyklomis, ryšio technologijomis ir skaičiavimais.

Komanda rėmėsi daugiau nei prieš 200 metų aprašytu reiškiniu, vadinamu Puasono dėme. Tai ryškus taškas, atsirandantis pačiame apvalaus objekto metamo šešėlio centre, kai jį apšviečia koherentinė šviesa, pavyzdžiui, lazeris.

Kas yra optiniai skyrmionai?

Optiniai skyrmionai yra mikroskopiniai, ypač stabilūs sūkuriai, užkoduoti pačioje šviesos bangos struktūroje. Jų patvarumas susijęs su topologija: net ir deformuojant ar „ištempiant“ lauką, tokios struktūros išlieka atpažįstamos ir stabilios.

Dėl šios savybės skyrmionai laikomi perspektyviais informacijos kodavimo elementais, nes teoriškai gali padėti patikimiau valdyti duomenų būsenas. Šviesoje galima kontroliuoti daugybę parametrų, įskaitant intensyvumą, fazę, poliarizaciją ir sukimąsi, o tai atveria kelią tiksliai „formuoti“ tokias struktūras.

Puasono dėmė: kodėl šešėlio centre atsiranda šviesa

Puasono dėmė atsiranda dėl difrakcijos ir interferencijos. Kai banga sutinka apvalią kliūtį, šviesa užlinksta aplink kraštus, o už objekto sklindančios antrinės bangos persidengia.

Kadangi nuo disko krašto iki šešėlio centro atstumas yra vienodas, bangos ten susitinka vienoje fazėje ir sustiprina viena kitą. Rezultatas paradoksalus iš pirmo žvilgsnio: ten, kur turėtų būti tamsiausia, atsiranda ryškus taškas.

„Neįprasta tai, kad optinius skyrmionus dabar galima generuoti pasitelkiant paprastą šviesos užlinkimo aplink objektą efektą, nepasikliaujant brangiais, sudėtingais metamaterijalais ar labai specializuotomis technikomis“, – sakė pagrindinis darbo autorius prof. Shen Yijie.

Tyrėjai taip pat nustatė, kad ši konfigūracija vienu metu natūraliai „pagamina“ kelis susijusius topologinius raštus, siejamus su skirtingais šviesos laisvės laipsniais. Tai leidžia viename eksperimente lyginti, kaip skirtingos skyrmionų rūšys formuojasi ir sąveikauja tame pačiame šviesos lauke.

Pastaraisiais metais spartėja optinių ir fotoninių skaičiavimų kryptis, ieškanti alternatyvų tradiciniams silicio sprendimams energijos sąnaudų ir greičio požiūriu. Tokie darbai aktualūs ir duomenų perdavimui, kur šviesa naudojama kaip terpė informacijai nešti vis didesniais atstumais ir pralaidumu.