Ученые разработали новые хопфионные кристаллы, меняющие представление о топологических структурах

Исследователи из Японии и Сингапура представили новую концепцию, касающуюся хопфионных кристаллов — уникальных узловых структур света, которые повторяются не только в пространственном измерении, но и во времени. Их работа была опубликована в журнале Physical Review Letters.

Хопфионы представляют собой трехмерные топологические текстуры, где «спины» (квантовые характеристики) образуют замкнутые кольца и узлы. До сих пор эти структуры удавалось наблюдать в магнитах и оптических полях только в виде отдельных элементов. Однако теперь ученые продемонстрировали метод, позволяющий собирать их в циклические кристаллические решетки.

Основой для создания таких структур стало использование двухцветного светового поля. Наложение его пучков приводит к образованию «псевдоспина», который меняется с заданным ритмом. В результате формируется цепочка хопфионов, возникающих в каждом цикле колебаний. Исследователи подтвердили возможность управления «силой» этих хопфионов, изменяя количество намоток внутренних петель или варьируя знак топологического заряда, просто меняя длины волн.

В симуляциях такие световые поля показали высокую степень сохранения топологических свойств. Авторы также предложили схему для создания трехмерных хопфионных кристаллов с использованием массива излучателей, таких как дипольные антенны и микроволновые источники. Эта система формирует устойчивый пространственно-временной узор, который не поддается искажениям. Топологические текстуры уже зарекомендовали себя в области магнитной электроники, например, в надежном хранении данных. Хопфионы в оптических полях могут привести к новым способам кодирования информации, лучшим каналам связи, методам захвата атомов и исследованиям взаимодействия света с материей.

Читайте также: