Фізики створили «світлові урагани», які прискорюють передачу даних у 16 разів

Вчені прикладної фізики з Університету Аалто розробили інноваційний метод створення крихітних «світлових ураганів», званих вихорами. Цей метод дає змогу швидше передавати інформацію, керуючи металевими наночастинками, що взаємодіють з електричними полями.

Концепція, заснована на квазікристалічних формах, була запропонована аспірантом Крістіаном Ар’ясом і реалізована в дослідах аспіранта Яні Таскінена, які є членами групи квантової динаміки професора П’яві Торма. Ці структури дають змогу не тільки збільшувати швидкість обміну інформацією, а й керувати нею більш ефективно, відкриваючи нові можливості для майбутніх технологій.

У цьому випадку вихор можна порівняти з ураганом, який утворюється у світловому промені. Він являє собою темний центр, оточений кільцем яскравого світла. Подібно до того, як у центрі урагану панує спокій завдяки вітрам, які дмуть у різних напрямках, у центрі вихору темно, оскільки електричне поле яскравого світла спрямоване в різні боки з різних боків променя.

Попередні дослідження показують, що типи вихорів залежать від симетрії структури, яка їх створює. Наприклад, якщо частинки нанорозміру розміщені у квадратній формі, то створене світло має один вихор, а шестикутні структури формують подвійний вихор і так далі. Для складніших вихорів потрібна як мінімум восьмикутна форма. На сьогодні дослідники розробили метод створення геометричних форм, які теоретично можуть підтримувати будь-які види вихорів.

«Це дослідження присвячене взаємозв’язку між симетрією й обертанням вихору, тобто тому, які види вихорів ми можемо генерувати з використанням різних структур», – кажуть учені. Щоб створити унікальний дизайн, дослідники використали 100 тис. металевих наночастинок, кожна з яких становить приблизно одну соту товщини людської волосини. Головним завданням було з’ясувати, де частинки взаємодіють з електричним полем мінімальної активності.

«Електричне поле має зони з високою активністю і ділянки, де воно практично не діє. Ми помістили частинки в ці «неактивні» зони, що дало змогу вимкнути всю іншу активність і вибрати поле з найбільш відповідними властивостями для подальшого використання», – пояснює Таскінен.

Це відкриття робить перший крок до перспектив для майбутніх досліджень в активній галузі топологічного вивчення світла. А також може призвести до створення більш ефективних методів передачі інформації в різних галузях, де світло використовується для кодування даних, включно з телекомунікаціями. Вчені вважають, що могли б відправляти ці вихрові структури по оптоволоконних кабелях і декодувати їх на кінцевому пункті. Це значно скоротить обсяг збереженої інформації та дасть змогу передавати більше даних.

Однак практичне застосування і масштабованість розробки команди можуть зайняти роки інженерної роботи. Проте група з квантової динаміки в Аалто зараз зосереджена на дослідженнях у галузі надпровідності та поліпшенні органічних світлодіодів.

Раніше дослідники з Технологічного університету Чалмерса у Швеції розробили систему, яка дає змогу сигналам без перешкод проходити великі відстані та передавати зображення, відео та дані з космічних апаратів на Землю.