物理学家制造出可传输大量数据的微型光飓风

Josiah02

现代生活的很大一部分依赖于将信息编码为传递信息的方式。一种常见的方法是将数据编码在激光中并通过光缆发送。对更多信息容量的不断增长的需求要求我们不断寻找更好的编码方法。
阿尔托大学应用物理系的研究人员发现了一种新方法，可以制造出微小的光飓风（科学家称之为涡旋），这种光飓风可以携带信息。该方法基于操纵与电场相互作用的金属纳米粒子。
这种设计方法属于一种称为准晶体的几何结构，由博士研究员 Kristian Arjas 构思，并由博士研究员 Jani Taskinen 通过实验实现，两人均来自 Päivi Törmä 教授的量子动力学小组。这一发现代表了物理学的根本性进步，并有可能带来全新的信息传输方式。
该研究发表在《自然通讯》杂志上。
半秩序与半混乱
在这种情况下，涡旋就像发生在光束中的飓风，其中心平静而黑暗，周围环绕着一圈明亮的光线。就像飓风眼平静是因为周围的风吹向不同方向一样，涡旋眼黑暗是因为光束不同侧面的明亮光线电场指向不同方向。
先前的物理学研究将涡旋的类型与产生涡旋的结构的对称性联系起来。例如，如果纳米级粒子排列成正方形，则产生的光只有一个涡旋；六边形会产生双涡旋，依此类推。更复杂的涡旋至少需要八边形。
现在，Arjas、Taskinen 和团队找到了一种创建几何形状的方法，理论上可以支持任何类型涡流。
“这项研究是关于涡旋的对称性和旋转性之间的关系，即我们可以用什么样的对称性产生什么样的涡旋。我们的准晶体设计介于有序和混乱之间，”Törmä 说。
良好的振动
在他们的研究中，该团队操纵了 100,000 个金属纳米粒子，每个粒子的大小大约是人类头发的百分之一，以创建其独特的设计。关键在于找到粒子与所需电场相互作用最少而不是最多的位置。
“电场有高振动热点和基本死区。我们将粒子引入死区，关闭所有其他区域，使我们能够选择具有最有趣特性的场进行应用，”Taskinen 说道。
这一发现为非常活跃的光拓扑研究领域开辟了丰富的未来研究空间。它还代表了在需要光来发送编码信息的领域（包括电信）中，一种强大的信息传输方式的初步发展。
“例如，我们可以将这些涡流通过光纤电缆发送出去，然后在目的地解开。这样我们就可以在更小的空间里存储信息，同时传输更多的信息。乐观估计，我们现在通过光纤传输的信息量将是现在的 8 到 16 倍，”Arjas 说。
该团队设计的实际应用和可扩展性可能需要多年的工程设计。然而，阿尔托大学的量子动力学小组正忙于研究超导性和改进有机 LED。
该小组在研究中使用了 OtaNano 研究基础设施来研究纳米、微米和量子技术。