Singapur ve Japonya’daki uluslararası bir araştırmacı ekibi, HopFion’u yaratmak için teorik bir çerçeve geliştirdi kristallerher ikisini de tekrarlayan karmaşık, düğüm benzeri ışık desenleri Mekan ve Zaman.
Düğüm teorisini fotoniklere bağlayarak, çalışmalarını detaylandıran yeni bir çalışma, bilgileri kodlamak ve işlemek için ışık kullanmak için yeni fırsatları araştırıyor. . ortak çalışma bilim adamları arasında işbirliği yapıldı Nanyang Teknoloji Üniversitesi, Bilim Enstitüsü, Tokyo– Keio Üniversitesive Tokyo Üniversitesi.
Fikir hala teorik olmaya devam ediyor, ancak katı malzemelere benzer özellikler sergileyen ışık tabanlı yapılar yaratma potansiyelini temsil ediyor. Bu çerçeve harekete yardımcı olabilir Fotonik Teknolojiler Geçici ışık kirişlerinin ötesinde, gelecekteki uygulamalar için açılış olanakları.
Hopler tarihi
Hopler, yapıldıkları malzeme yerine benzersiz geometrileri tarafından tanımlanan üç boyutlu topolojik yapılardır. Dahili olarak, şerefler sıkıca yaralanan, birbirine geçen döngüler oluşturan “spin” desenlerinden oluşur. “Hopfion” adı, dairelerin daha yüksek boyutlu alanlarda nasıl bağlanabileceğini ve düğümlenebileceğini açıklayan matematiksel bir kavram olan HOPF fibrasyonundan türetilmiştir. Yayılma ve solma eğilimi gösteren çoğu ışık alanının aksine, şerbetçiotlar kendilerini birbirine bağlı tutarlar ve çok daha uzun süre bağlı kalabilirler.
Daha önce, bu karmaşık yapılar sadece izole edilmiş örneklerde gözlemlenmiştir, örneğin. manyetik veya optik deneyler. Bu yeni çalışma, atlamaları birleştirmeyi önermektedir. Kristal benzeri yapılar Bu hem alan hem de zamana uzanabilir.
Hopfion kristallerinin geliştirilmesi, parazite daha az duyarlı olan fotonik cihazların oluşturulmasına yol açabilir. Bu, ışığa dayalı sağlam, istikrarlı bilgi taşıyıcıları gerektiren güvenli iletişim ve gelişmiş veri işleme sistemleri oluşturmak için pratik olabilir.
Düğümlerden kristallere
Araştırmacılar, her biri karşı dairesel polarizasyonlara sahip biraz farklı renk ve dalga boylarına sahip iki ışık ışını birleştirerek oluşturulan bikromatik ışık kullandılar. Bu kirişler örtüştüğünde, ışık kirişlerinin birleşik özelliklerini tanımlayan ve iki kombine renkten kendi spin desenlerini oluşturan Pseudospin adlı bir özellik oluştururlar. Dalga boyu farkını basit bir orana, tekrarlayan bir desen formuna ayarlayarak. Her döngü sırasında, belirli bükülmüş konfigürasyonlara sahip şerbetçiotular görünür ve zincirlere dönüşür.
Bu işlem, farklı renklerin iki ipini örmeye benzer. Senkronizasyonda birlikte büküldüğünde, desen ortaya çıkmaya başlar; Daha fazla iplik eklemek, daha da karmaşık düğümlere izin verir. Bu durumda, desenler fiziksel lifler yerine ışıktan yapılır.
Modeller, düğümlerin karmaşıklığının, döngülerin rüzgarın sayısını belirleyen bir tamsayı parametresi ayarlanarak kontrol edilebileceğini gösterdi.
Üç boyuta ölçeklendirme
Ekip, mikrodalga fırın ve dipol antenleri gibi küçük yayıcılar veya ızgara kuplajları ayarlayarak üç boyutlu Hopfion kristalleri oluşturmayı önerdi. Her yayıcı bikromatik ışıkla beslendiğinde, kurulum farklı topolojik desenlere sahip tekrarlayan birimler üretir. Bu birimler, hem boşluk hem de zaman boyunca tekrarlanan kararlı bir kafes veya kristal benzeri bir yapı oluşturmak için bir araya gelir.
Dikkatli bir şekilde tasarlanmış kırınım desenlerine dayanan önceki optik şeritlerin aksine, bu kristaller ışık dalgalarının atılmasıyla oluşur. Bu, teoride, doğal kırınım nihayetinde dağılmasına neden olana kadar yapılarını korurken uzayda hareket etmelerini veya ‘uçmalarını’ sağlar.
Potansiyel uygulamalar
Eğer uzay-zaman Hopfion kristalleri pratikte yapılabilir, optik iletişim, kuantum bilgi işlem, nöromorfik bilgi işlem ve havacılık gibi alanları etkileyebilir. İstikrarları, veri aktarımını daha güvenli ve bilgi işlem sistemlerini daha sağlam hale getirmeye yardımcı olabilir, bu da tüm bu endüstrilerde önemli hedeflerdir.
Skyrmions gibi benzer topolojik dokular zaten veri depolama potansiyeli göstermiştir. Hopfion kristalleri üretilebilirse, daha yoğun, hataya dayanıklı bilgi kodlamasını sağlayabilir, güvenli iletişim kanallarını destekleyebilir veya teknolojik kullanım için ışıkla parçacıkları manipüle etmek için yeni yollar sunabilir.
Yazarlar, çalışmalarına “uzay-zaman hopfion kristallerinin doğumu” olarak adlandırarak, optik, terahertz ve mikrodalga frekanslarında stabil, tekrarlayan topolojik yapılar yaratmaya yönelik ilk adım olarak önemini vurgulamaktadır. Bu ilerleme, topolojikte araştırma için yeni talimatlar açıyor fotonik.
Şimdilik, sonuçlar teoriktir, ancak yazarlar pratik uygulamalara doğru bir yol görürler. Uygulamada oluşturulacak uzay-zaman Hopfion kristallerinin üstesinden gelmek için hala teknik ve mühendislik engelleri vardır, ancak uygulamaları veri işleme ve fotonik teknolojide önemli ilerlemelere yol açabilir.
Austin Burgess, satış, pazarlama ve veri analitiğinde geçmişe sahip bir yazar ve araştırmacıdır. Veri analitiğinde bir sertifika ile birlikte İşletme Yüksek Lisansı ve İşletme Lisans Yüksek Lisans derecesine sahiptir. Çalışmaları analitik eğitimi gelişmekte olan bilim, havacılık ve astronomik araştırmalara odaklanmaktadır.
Source link
