Исследователи из Варшавского университета, Военного технологического университета и Университета Клермон-Овернь впервые заставили свет закручиваться наподобие торнадо внутри крошечной структуры. Это достижение объединяет квантовую механику, материаловедение и оптику, открывая путь к созданию миниатюрных источников света со сложной формой. Такие устройства могут упростить и масштабировать технологии оптической связи и квантовых вычислений.
Вдохновение авторы черпали из атомной физики, где электроны занимают разные энергетические состояния, но теперь аналогичные «ловушки» создали для фотонов с помощью жидких кристаллов. Ключевым элементом стали особые дефекты — тороны, которые выглядят как туго скрученные спирали, напоминающие ДНК, замкнутые в кольцо наподобие пончика. Эти структуры работают как микроскопические оптические резонаторы, удерживающие свет.
Учёным удалось воссоздать аналог магнитного поля для фотонов, которые в обычных условиях на него не реагируют. Для этого использовалась пространственно-переменная двулучепреломляемость жидкого кристалла, заставляющая свет изгибаться по орбитам, как электроны в циклотроне. Впервые исследователи получили свет с орбитальным угловым моментом в основном энергетическом состоянии — самом стабильном и легко накапливающем энергию.
Для проверки результата в систему добавили лазерный краситель — свет начал вращаться и проявлять свойства лазерного излучения с когерентностью и определённой энергией. «Мы заставили фотоны вести себя как кварки», — отмечают учёные. Открытие доказывает, что самоорганизующиеся материалы могут заменить сложную нанотехнологию при создании фотонных устройств, что обещает более простые и масштабируемые решения для квантовых технологий будущего.
Источник: New “optical tornado” technology could transform quantum communication