Сколтех — новый технологический университет, созданный в 2011 году в Москве командой российских и зарубежных профессоров с мировым именем. Здесь преподают действующие ученые, студентам дана свобода в выборе дисциплин, обучение включает работу над собственным исследовательским проектом, стажировку в индустрии, предпринимательскую подготовку и постоянное нахождение в международной среде.

Свет притворяется ферромагнетиком: первое экспериментальное исследование оптических меронов второго порядка

Ученые продемонстрировали, каким образом нужно структурировать свет, чтобы по своей поляризации он соответствовал совокупности спинов в ферромагнетике, формируя полускирмионы (известные также как мероны). Для этой цели использовали систему из двух практически идеальных зеркал, захватывающих свет, и помещенного между ними тонкого слоя жидких кристаллов. Cкирмионы могут представлять собой, например, элементарные возбуждения намагниченности в двумерном ферромагнетике, однако, как правило, они не возникают естественным образом в электромагнитных (световых) полях. Статья с описанием результатов исследования опубликована в журнале Optica.

Одним из ключевых понятий в физике и науке в целом является понятие «поля», с помощью которого можно описать пространственное распределение какой-либо физической величины. Например, на метеорологической карте можно видеть распределение температуры и давления (скалярные поля), а также скорость и направление ветра (векторное поле). Векторное поле существует и на голове у каждого человека: подобно вектору, каждый волос имеет начало и конец. Более 100 лет назад Л.Э.Я. Брауэр доказал теорему о причёсывании ежа, согласно которой свернувшегося клубком ежа нельзя причесать, не создав при этом торчащих иголок, завихрений или завитков.

В магнетизме элементарные возбуждения в двумерном векторном поле намагниченности принимают форму вихрей и именуются скирмионами. Если двигаться вокруг центра такого вихря по часовой стрелке, можно заметить, что векторы, исходящие из встречающихся на нашем пути точек, могут вращаться однократно или многократно по часовой стрелке или против нее. Эта особенность описывается величиной, которая называется «завихренностью». Скирмионы и полускирмионы (мероны) с различной завихренностью встречаются в самых разных физических системах, таких как ядерная материя, конденсаты Бозе-Эйнштейна или тонкие магнитные слои, а также используются при описании квантового эффекта Холла, циклонов, антициклонов и торнадо. Особый интерес представляют экспериментальные установки, в которых можно по запросу создавать различные векторные поля и исследовать взаимодействия между их возмущениями.

Ученые из Варшавского университета, Военного технологического университета (Польша), Саутгемптонского университета (Великобритания), Сколковского института науки и технологий и Института физики Польской академии наук продемонстрировали, как структурировать свет таким образом, чтобы по своей поляризации он соответствовал полускирмиону (мерону). Для этой цели использовали систему из двух практически идеальных зеркал, захватывающих свет, и помещенного между ними тонкого слоя жидких кристаллов. Управляя поляризацией падающего света и ориентацией молекул жидкого кристалла, исследователи смогли впервые в экспериментальных условиях наблюдать мероны и антимероны первого и второго порядков (завихренности -2, -1, 1 и 2).

Используя относительно простой оптический резонатор, заполненный жидкими кристаллами, ученые создают и исследуют необычные состояния поляризации света. Предполагается, что с помощью оптического резонатора можно будет исследовать особенности этих возмущений (аннигиляция, притяжение или отталкивание скирмионов и меронов) на оптическом столе, используя сочетания с более экзотическими оптически чувствительными материалами. Поняв, каким образом эти объекты взаимодействуют между собой, можно будет разобраться в физике более сложных систем, требующих применения более сложных экспериментальных методов (например, сверхнизких температур).

«Исследователи из Лаборатории гибридной фотоники Сколтеха по сути положили начало новому научному направлению − исследованию жидкокристаллических микрорезонаторов, опубликовав свою первую статью в соавторстве с учеными Варшавского университета в 2018 году. С тех пор мы постоянно расширяем границы наших исследований, открывая все новые интересные и необычные физические явления. В последние годы вычислительная техника переживает период «оптического ренессанса»: недавние открытия, в частности, создание экономичных решений по интеграции микролазеров в кремниевые микросхемы, заставляют представителей промышленности обратить серьезное внимание на преимущества использования света взамен привычного электрического тока для повышения скорости обработки информации. Сегодня крайне востребованы все методы оптической обработки; мы также наблюдаем огромный интерес к нашим последним разработкам», − рассказывает соавтор статьи профессор Сколтеха Павлос Лагудакис.

Материал предоставлен Варшавским университетом https://www.fuw.edu.pl/press-release/news6815.html

Контакты:
Skoltech Communications
+7 (495) 280 14 81

Tweet about this on Twitter0Share on Facebook0Pin on Pinterest0Share on Tumblr0Share on VK