Исследователи разработали новое оптическое устройство, способное генерировать и переключать между двумя исключительно стабильными формами вихревого света, известными как скирмионы. Эти структурированные световые паттерны, один электрический и один магнитный, привлекательны для кодирования информации в беспроводных системах связи будущего благодаря своей топологической устойчивости. Их структура защищена особыми свойствами, что делает скирмионы устойчивыми к внешним помехам, таким как тепловые флуктуации или электромагнитные шумы, в отличие от обычных световых волн, которые легко искажаются. Устройство представляет собой значительный прорыв в контроле над светом для практических применений.
Ключевым преимуществом является возможность "по требованию" выбирать нужный режим на одной интегрированной платформе. Как подчеркнул ведущий автор Сюэцянь Чжан из Тяньцзиньского университета, такая управляемость необходима для реальных приложений, где надежный выбор и воспроизведение желаемого состояния критически важны для кодирования информации. Это открывает путь к созданию более устойчивых систем связи.
Технология основана на использовании так называемой нелинейной метаповерхности — ультратонкого материала с наноразмерной структурой, который может манипулировать светом способами, недоступными для обычных оптических компонентов. Эта поверхность преобразует управляемые лазерные импульсы в терагерцовые световые импульсы с заданной вихревой структурой, что позволяет переключаться между электрическим и магнитным скирмионами. Терагерцовое излучение, занимающее диапазон между микроволнами и инфракрасным светом, предлагает для связи значительные преимущества, включая чрезвычайно высокую пропускную способность, потенциально достигающую терабит в секунду, а также способность проникать через многие непроводящие материалы.
Как отметил соавтор Ицзе Шэнь из Наньянского технологического университета, эта работа приближает концепцию переключаемых скирмионов к созданию контролируемого инструмента для надежного кодирования данных. Исследование является частью более широких усилий по развитию терагерцовой связи следующего поколения, где световые вихри предлагают дополнительные, превосходящие обычные методы, способы упаковки информации.
Для проверки системы команда создала специальную сверхбыструю измерительную установку, которая сканировала световой импульс в пространстве и времени, чтобы восстановить эволюцию электромагнитного поля. Измерения четко выявили отличительные черты двух режимов скирмионов и подтвердили надежное переключение между ними с высокой чистотой каждого состояния.
В перспективе команда планирует усовершенствовать технологию для приложений в области связи, улучшая стабильность, повторяемость и эффективность системы, а также делая ее более компактной и надежной. Будущая работа также будет направлена на расширение возможностей за пределы двух режимов для более сложного кодирования информации.
Источник: A new way to control light could boost future wireless tech