برنامه و کنترل کایرالیته نور از طریق یک توییک توپولوژی؟ - اخبار

به لطف توپولوژی، شاخه‌ای از ریاضیات که خواص اجسام هندسی را بررسی می‌کند که در حین تغییر شکل‌های مداوم یکسان می‌مانند، تیمی از دانشمندان به سرپرستی آیزاک ناپ در دانشگاه ویتواترسرند در آفریقای جنوبی و کاین فوربس در دانشگاه آنگلیا شرقی (UEA) در بریتانیا راهی برای برنامه‌ریزی و کنترل (5}حست نور) کشف کردند. چپ-دستی) و بچرخید.

در اپتیک، کایرالیته معمولاً با نور پلاریزه دایره ای همراه است (که در آن میدان الکتریکی در جهت حرکت نور در جهت عقربه های ساعت یا خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخد).

فوربس، مدرس دانشکده شیمی، داروسازی و فارماکولوژی UEA، جایی که او گروه Light{1}Theory و Nanophoics را رهبری می‌کند، می‌گوید: «انگیزه کار ما این بود که آیا نور می‌تواند دست محلی خود را از طریق انتشار-بدون نیاز به رابط ماده، سطح فراسطحی یا فوکوس بسیار فشرده تولید و کنترل کند.

تغییر بار توپولوژیکی

توپولوژی از طریق فاز و قطبش باد پرتو نور در اطراف فضا وارد می شود. فوربس توضیح می‌دهد: «نور ساختاریافته به ما این امکان را می‌دهد که این ایده‌ها را کنار هم قرار دهیم تا بتوانیم پرتوهایی را طراحی کنیم که فاز و قطبش آن‌ها به روش‌های دقیقی در سراسر پرتو متفاوت است. "ما به امکان توپولوژی پرتو به عنوان یک دستگیره کنترلی ساده علاقه مند بودیم. با تغییر بار توپولوژیکی Pancharatnam (یک پارامتر)، می‌توانیم چرخش محلی و کایرالیته نور را در طول انتشار دوباره سازماندهی کنیم."

توجه به این نکته ضروری است که برای خود اثر به مواد خاصی نیاز نیست. در این مورد، اسپین و کایرالیتی در طی-انتشار فضای آزاد یک پرتو نور ساختاریافته-یک پرتو گرداب برداری پدید می‌آیند.

پرتو گرداب برداری چیست؟ فوربس می گوید: «بردار به این معنی است که قطبش در سراسر پرتو متفاوت است، نه یکنواخت. "گرداب به معنی پرتو حامل تکانه زاویه ای مداری است که با یک جبهه فاز پیچ خورده همراه است. و توپولوژی از طریق مسیری که پرتو به دور محور خود می پیچد وارد می شود. در کار ما، این پیچش توسط بار توپولوژیکی Pancharatnam کنترل می شود که تعیین می کند فاز و قطبش پرتو چگونه در حین حرکت در اطراف پرتو تغییر می کند."

در صفحه شروع، پرتو چرخش- متعادل است. مولفه‌های دایره‌ای چپ- و-راست{3}}ش به یک اندازه وجود دارند، بنابراین قطبش دایره‌ای محلی وجود ندارد. فوربس خاطرنشان می کند: "اما این دو جزء ساختارهای مداری متفاوتی دارند." "هنگامی که پرتو منتشر می شود، فازهای گوی متفاوت و نیمرخ های شعاعی متفاوتی به دست می آورند. این امر باعث می شود که اجزای دایره ای سمت راست{- به صورت شعاعی از هم جدا شوند، که اسپین موضعی و کایرالیتی نوری ایجاد می کند."

فوتونیک نور ساختاریافته، دستکاری نوری، حسگر کایرال

سه مورد از بارزترین کاربردهای پیش رو، فوتونیک نور ساختاریافته، دستکاری نوری، و سنجش کایرال هستند. یکی دیگر از کاربردهای بالقوه، پردازش اطلاعات فوتونیک با ابعاد بالا-است، زیرا پرتو اسپین و تکانه زاویه ای مداری را به روشی قابل کنترل به هم پیوند می دهد.

ناپ می‌گوید: «در اصل، اکتشاف ما به نور ساختاری کلاسیک و کوانتومی مرتبط است، جایی که اطلاعات را می‌توان در قطبش (نور چرخان) و حالت‌های فضایی (نور پیچ‌خورده) کدگذاری کرد. اسپین و پیچش فوتون را می توان به عنوان الفبای درون پرتوهای لیزر درخشان و در سطح تک فوتون استفاده کرد. هر حالت متمایز نشان دهنده یک نماد اطلاعاتی متفاوت است.

کار حاضر این تیم فیزیک نوری کلاسیک است، اما همان درجات آزادی، اسپین، تکانه زاویه‌ای مداری و ساختار حالت فضایی برای فوتونیک کوانتومی نیز استفاده می‌شود. Nape می‌گوید: «علاقه طولانی‌مدت ما این است که آیا این نوع ساختار توپولوژی-چرخش کنترل‌شده-مدار می‌تواند برای آماده‌سازی، تبدیل، یا کدگذاری حالت‌های فوتونیک{4}بعدی بالا مفید باشد یا خیر.

در مرحله بعد، محققان قصد دارند بررسی کنند که این مکانیسم چقدر کلی و مفید است. ناپ می‌گوید: «ما نشان داده‌ایم که بار توپولوژیکی Pancharatnam می‌تواند چرخش و کایرالیته را به صورت رایگان-انتشار فضایی را کنترل کند، و اکنون سؤال این است که این کنترل تا چه اندازه می‌تواند تحت فشار قرار گیرد. "ما همچنین به نحوه استفاده از آن برای رمزگذاری اطلاعات، دستکاری نوری و نور کایرال{3}}برهمکنش‌های ماده علاقه‌مندیم. هدف گسترده‌تر ما حرکت از نمایش یک جلوه نور ساختاری جالب به توسعه آن به عنوان یک اصل طراحی عملی است."