Wetenschap
Topologisch gecontroleerde multiskyrmions:onderzoekers stellen een nieuwe familie van quasideeltjes voor
Skyrmionen zijn topologisch beschermde quasideeltjes met geavanceerde spintexturen, uitgebreid bestudeerd in systemen met gecondenseerde materie, magneten en recentelijk in de fotonica, die een groot potentieel voorspelt in informatieopslag met ultrahoge capaciteit, vanwege hun gediversifieerde en stabiele topologische spintexturen in ultrakleine deeltjes. zoals regio.
Gemotiveerd door de vraag naar informatiedragers met ultracapaciteit, probeert opkomend onderzoek complexere quasideeltjes te creëren en te controleren met uitgebreide topologische texturen van hogere orde naast de fundamentele skyrmionen, zoals de transformeerbare meronroosters en skyrmionbundels in chirale magneten, skyrmion-tassen met grote topologische ladingen en heliknotons met complexe knopen in vloeibare cystalen, om er maar een paar te noemen.
Deze topologische texturen bestaan echter allemaal als stabiele toestanden in materialen, wat perfect kan zijn voor de opslag van informatie in vaste toestand, maar onmogelijk voor dynamische informatieoverdracht over lange afstanden.
Recente onderzoeken naar optische skyrmionen (Nature Photonics ) kan dit probleem oplossen. Belangrijk is dat de topologische spintexturen kunnen worden gecreëerd in hoger-dimensionale gestructureerde lichtvelden (Light:Science &Applications ), en open een nieuwe richting voor topologisch stabiele optische communicatie met grote capaciteit over lange afstanden om een revolutie teweeg te brengen in onze informatiemaatschappij.
Daarom is de opkomst van nieuwe vormen van optische quasideeltjes met uitgebreide topologische structuren en ordes altijd zeer gewenst en belooft deze de uitbreiding van fundamentele en toegepaste fysieke grenzen.
In een artikel gepubliceerd in Physical Review Applied , stelde een internationale samenwerking een nieuwe familie van quasideeltjes voor, genaamd multiskyrmionen, die multipoolachtige uitgebreide configuraties bezitten met steeds complexere nieuwe topologieën en gecontroleerd door meerdere topologische ordes, voorbij de limiet van normale skyrmionen.
Daarnaast presenteren onderzoekers de experimentele generatie en flexibele controle van een groot aantal on-demand topologische toestanden door een fotonische techniek. Bovendien worden de standaard skyrmionen meestal geproduceerd door exotische gestructureerde materialen zoals chiraal magnetisme en plasmonische systemen.
Ze laten zien dat hun nieuwe quasideeltjesalfabet kan worden opgebouwd uit eenvoudige GRIN-lenzen, waardoor directe en wijdverspreide implementatie mogelijk is, en in compactere systemen.
Bovendien kunnen de fotonische quasideeltjes in GRIN-lenzen worden gekoppeld aan optische systemen in de vrije ruimte, waardoor een langeafstandstransport van gecontroleerde topologieën wordt gerealiseerd.
Gebaseerd op dit voordeel stelt het team een praktisch op quasideeltjes gebaseerd protocol voor informatieoverdracht van ultra-capaciteitsversleuteling voor, waarbij de meerdere topologische aantallen van gediversifieerde quasideeltjes worden gebruikt om informatie te coderen en over te dragen met robuuste topologieën tegen verstoringen in de omgeving.
Bovendien kunnen de capaciteit en kanalen in dit schema flexibel worden uitgebreid door het plaatsen van de GRIN-lens/quasideeltjes-array, waarmee de huidige optische communicatiemethoden worden overtroffen.
"Wij geloven dat dit werk een mijlpaal is. Omdat skyrmionen of quasideeltjes in magneten al de revolutie van stabiele gegevensopslag met ultracapaciteit hebben teweeggebracht, begint ons werk de uitdaging aan te gaan en een nieuwe onderzoeksrichting van op skyrmion gebaseerde informatica te openen, van stabiele opslag tot dynamisch transport biedt geïntegreerde en programmeerbare oplossingen voor complexe deeltjestexturen, met gevolgen voor zowel fotonische als algemene systemen voor gecondenseerde materie, voor een revolutie in de topologische informatica en logische apparaten,' aldus de wetenschappers.