Սինգապուրի և Ճապոնիայի գիտնականները ներկայացրել են հոպֆիոն բյուրեղների նորարարական կոնցեպտ՝ լույսի կառուցվածքներ, որոնք կրկնվում են ոչ միայն տարածության, այլև ժամանակի մեջ՝ ստեղծելով ժամանակ-տարածության մեջ եզակի օրինաչափություններ: Հետազոտությունը հրապարակվել է Physical Review Letters (PRL) ամսագրում:

Ի՞նչ են հոպֆիոնները

Հոպֆիոնները եռաչափ տոպոլոգիական կառուցվածքներ են, որոնցում քվանտային բնութագրերը, ինչպիսիք են «սպինները», փոխկապակցվում են փակ օղակների կամ հանգույցների տեսքով: Նախկինում դրանք դիտարկվել են մագնիսական նյութերում և օպտիկական դաշտերում, սակայն միայն որպես առանձին օբյեկտներ: Այժմ գիտնականներն առաջին անգամ ցույց են տվել, թե ինչպես կարելի է հոպֆիոնները կազմակերպել բյուրեղային ցանցերի մեջ, որոնք պարբերաբար կրկնվում են ժամանակի մեջ:

Ինչպե՞ս է այն աշխատում

Հոպֆիոն բյուրեղներ ստեղծելու բանալին երկգույն լուսային դաշտի օգտագործումն է: Երկու տարբեր ալիքի երկարություններով լույսի ճառագայթների համադրումը ձևավորում է «պսևդոսպին», որը զարգանում է որոշակի պարբերականությամբ: Սա հանգեցնում է հոպֆիոնների շղթայի առաջացման, որոնք հայտնվում են դաշտի յուրաքանչյուր տատանման ցիկլում: Գիտնականները ցույց են տվել, որ այդ կառուցվածքների հատկությունները կարելի է կառավարել.

  • Փոխելով հոպֆիոնի ներքին օղակների «փաթաթման» թիվը:
  • Փոխելով տոպոլոգիական լիցքի նշանը՝ ալիքի երկարությունները փոխելով:

Համակարգչային սիմուլյացիաներում նման դաշտերը ցույց են տվել տոպոլոգիական հատկությունների գրեթե կատարյալ պահպանում, ինչը դրանք դարձնում է կայուն արտաքին խանգարումների նկատմամբ:

Ինչպե՞ս ստեղծել հոպֆիոն բյուրեղներ

Հետազոտողները առաջարկել են եռաչափ հոպֆիոն բյուրեղներ ստեղծելու գործնական սխեմա՝ օգտագործելով ճառագայթիչների զանգված, ինչպիսիք են.

  • Դիպոլային անտենաներ:
  • Օպտիկական ցանցեր:
  • Միկրոալիքային աղբյուրներ:

Այս սարքերը ձևավորում են հստակ ժամանակ-տարածային օրինաչափություն, որը մնում է կայուն նույնիսկ արտաքին ազդեցությունների դեպքում:

Կիրառություն և հեռանկարներ

Հոպֆիոն բյուրեղները բացում են նոր հորիզոններ մի քանի ոլորտներում.

  • Մագնիսական էլեկտրոնիկա. Տոպոլոգիական կառուցվածքներն արդեն օգտագործվում են տվյալների խիտ և հուսալի պահպանման համար:
  • Օպտիկական տեխնոլոգիաներ. Հոպֆիոնները կարող են հիմք դառնալ տեղեկատվության կոդավորման նոր մեթոդների և կայուն կապի ալիքների ստեղծման համար:
  • Լույսի և նյութի փոխազդեցության ֆիզիկա. Նման կառուցվածքները կօգնեն մշակել ատոմների և մոլեկուլների գրավման մեթոդներ:
  • Քվանտային օպտիկա. Հոպֆիոնները կարող են բարելավել օպտիկական համակարգերի և սենսորների ճշգրտությունը:

«Այս աշխատանքը ցույց է տալիս, թե ինչպես կարելի է լույսը կազմակերպել բարդ, կայուն կառուցվածքների մեջ, որոնք գոյություն ունեն միաժամանակ տարածության և ժամանակի մեջ: Սա ճանապարհ է բացում դեպի նոր տեխնոլոգիաներ, որոնք նախկինում անհնար էին թվում», — նշել են հետազոտության հեղինակները:

Հակիրճ

Հոպֆիոն բյուրեղների ստեղծումը բեկում է լույսի և տոպոլոգիական կառուցվածքների ֆիզիկայում: Սինգապուրի և Ճապոնիայի գիտնականները ցույց են տվել, թե ինչպես երկգույն լույսի դաշտը կարող է ձևավորել կայուն հանգույցային ցանցեր, որոնք կրկնվում են ժամանակի և տարածության մեջ: Այս կառուցվածքները խոստանում են հեղափոխական փոփոխություններ օպտիկայում, էլեկտրոնիկայում և քվանտային տեխնոլոգիաներում՝ տվյալների պահպանումից մինչև գերճշգրիտ սենսորներ: Հոպֆիոն բյուրեղները քայլ են դեպի ապագայի տեխնոլոգիաներ, որտեղ լույսը դառնում է նյութի կառավարման գործիք՝ հիմնարար մակարդակում: