Исследователи разработали квазикристаллическую структуру, генерирующую световые мини-вихри, способные переносить огромные объемы данных

Исследователи разработали квазикристаллическую структуру, которая создает крошечные вихри света, способные переносить большие объемы данных. Он состоит из очень точно расположенных металлических наночастиц, которые создают вихревые токи любого типа путем взаимодействия с лучом света в электрическом поле. Если эту структуру применить к оптическому волокну, оно сможет передавать в 8–16 раз больше информации, чем существующие системы.

Передача информации в эпоху цифровых технологий во многом основана на кодировании фотонных данных. В настоящее время наиболее широко используемой инфраструктурой для этих целей является оптоволокно. Однако растущий спрос на информационные возможности требует разработки систем, способных кодировать и передавать большие объемы данных.

В последние годы оптические вихри изучаются как средство оптимизации передачи фотонной информации. Цель этого вихря — манипулировать топологическими несовершенствами света, чтобы контролировать, как он отражается и какую информацию несет. Хотя некоторые топологические дефекты образуются спонтанно и повсеместно распространены в природе, другие дефекты могут возникать из-за симметрии структуры материала, взаимодействующего со светом. Это влияет на форму и структуру образующихся вихрей.

Например, материалы с квадратной (или галечной) структурой будут создавать простые вихри, материалы с шестиугольной структурой будут создавать двойные вихри и так далее. Более сложные вихри требуют как минимум восьмиугольной структуры. Однако создание вихрей, достаточно сложных для кодирования данных, представляет собой серьезную проблему.

Новая разработка команды Университета Аалто (Финляндия) преодолевает эти трудности и способна генерировать вихри любого типа. «Это исследование фокусируется на взаимосвязи между симметрией и вращением вихрей, то есть на том, какие типы вихрей могут порождаться определенными типами симметрии.

Обратите внимание: Китай официально объявил о планах сбросить космическую станцию Tiangong-2 на Землю.

По нашему мнению, квазикристаллы находятся где-то между порядком и хаосом», — сказал Пяйви Тёрмя, руководитель исследования было опубликовано в журнале Nature Communications, поясняет.

На пути к телекоммуникационным инфраструктурам следующего поколения

Конструкция представляет собой квазикристалл, состоящий из наночастиц металла. Подобно классическим кристаллам, квазикристаллы имеют дискретные дифракционные спектры, но в отличие от классических кристаллов их структура не является периодической. Чтобы создать квазикристалл, исследователи манипулировали 100 000 наночастицами металла, размер которых не превышает одного процента от диаметра человеческого волоса. Они взаимодействуют с пучком в контролируемом электрическом поле.

Образующийся световой вихрь имеет структуру, сравнимую со структурой циклона. В его центре находится спокойное темное «око», окруженное ярким ореолом потоков, направленных в разные стороны. Чтобы определить лучшие места для создания сложных вихрей, команда применила нелогичный подход к определению точек, где частицы меньше всего взаимодействуют с электрическими полями.

«У электрического поля есть горячие точки, где оно сильно колеблется, и точки, где оно практически не оказывает воздействия. Мы ввели частицы в мертвую зону, что делает все остальное неэффективным, что позволяет нам выбирать области для применения с наиболее интересными свойствами», — говорит Объяснил Яни-Матти Таскинен, соавтор исследования.

Технология позволяет настраиваемым шаблонам создавать сложные вихревые структуры по желанию. «В нашей конструкции квазикристаллов используется теория групп для определения узлов электромагнитного поля, в которых расположены плазмонные наночастицы, для достижения максимального усиления», — пишут эксперты в статье. Теория групп — это метод, используемый для прогнозирования типов деформаций, которые могут возникнуть в материале структура, метод расчета.

Эти сложные вихри позволят хранить большие объемы информации в ограниченном пространстве. Их можно транспортировать по оптоволокну, а затем распаковывать по прибытии в пункт назначения. По оценкам команды, в лучшем случае эти волокна смогут передавать в 8–16 раз больше информации, чем доступно в настоящее время.

Этот подход может проложить путь к новому поколению телекоммуникационной инфраструктуры. Однако ученые говорят, что для внесения необходимых улучшений в концепцию для практического применения потребуется несколько лет исследований.

Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.

Источник статьи: Исследователи разработали квазикристаллическую структуру, генерирующую световые мини-вихри, способные переносить огромные объемы данных.