ТАСС, 22 ноября. Ученые создали полноценный трехмерный световой аналог так называемых скирмионов – своеобразных магнитных вихрей, которые периодически возникают внутри некоторых материалов. Их изучение поможет создать новые системы хранения данных. Результаты исследования опубликовал научный журнал Nature Communications.
"Мы достигли большого прогресса в изучении двумерных скирмионов, однако у нас до сих пор не было четкого понимания того, как воспроизвести их в трехмерном виде. Мы обнаружили, что для этой цели можно использовать "закрученный" луч света, свойствами которого мы можем очень тонко манипулировать", – рассказал один из авторов исследования, профессор Бирмингемского университета Марк Деннис.
Скирмионы – это квантовые квазичастицы, похожие по форме и структуре на миниатюрный магнитный вихрь, чей эпицентр заряжен отрицательно, а края - положительно. Эти структуры обладают высокой стабильностью, что позволяет использовать их в качестве долговечных и экономичных ячеек памяти для спиновых и квантовых компьютеров.
За последние годы ученые открыли множество способов создания двумерных аналогов скирмионов внутри разных магнитных материалов. Это позволяет создавать новые типы запоминающих устройств, однако прогрессу в этой области мешает то, что физики до сих пор не имеют четких представлений о поведении этих квазичастиц в трехмерном пространстве.
Британские исследователи и их коллеги из Японии и Германии сделали большой шаг к решению этой проблемы. Они создали первый полноценный световой аналог скирмионов, структуру и свойства которого можно изучать в трехмерном виде. Ученые добились этого при помощи двух лазерных лучей и набора сложных оптических приборов, позволяющих особым образом "закручивать" свет.
Используя эту установку, ученые поменяли поляризацию лучей лазеров и их фазовые характеристики таким образом, что их объединение порождало воронкообразную структуру, повторяющую по своим свойствам магнитные скримионы. Это позволило Деннису и его коллегам определить точную форму трехмерной квазичастицы и детально изучить ее структуру и свойства.
В частности, ученые обнаружили, что скирмион похож на набор вложенных друг в друга колец, которые особым образом взаимодействуют друг с другом и стабилизируют всю квазичастицу в целом. Это позволяет растягивать скирмион, сжимать его и деформировать многими другими путями без разрушения квазичастицы.
Эти сведения, как надеются физики, помогут их коллегам более точно управлять свойствами магнитных скирмионов, а также позволят приспособить их оптические аналоги для хранения данных и обработки информации в квантовых компьютерах и других новых типах вычислительных устройств уже в ближайшем будущем.