Физики создали кристаллы, парящие в пространстве-времени

Ученые из Сингапура и Японии представили концепцию так называемых хопфионных кристаллов - узловых структур света, которые упорядоченно повторяются не только в пространстве, но и во времени. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters (PRL), передает Day.Az со ссылкой на Gazeta.ru.

Хопфионы - это трехмерные топологические текстуры, в которых "спины" (квантовые характеристики) переплетаются в замкнутые кольца и узлы. Ранее их удавалось наблюдать в магнитах и оптических полях, но только в виде отдельных объектов. Теперь ученые показали, как собирать их в кристаллические решетки, повторяющиеся циклически.

Ключ к построению таких структур - использование двухцветного светового поля. При наложении его пучков создается "псевдоспин", который эволюционирует с фиксированным ритмом. В результате поле формирует цепочку хопфионов, возникающих в каждом периоде колебаний.

Исследователи доказали, что можно управлять "силой" этих структур, изменяя число намоток внутренних петель или меняя знак топологического заряда, просто переставив местами используемые длины волн. В симуляциях такие поля демонстрировали практически идеальное сохранение топологических свойств.

Авторы также описали схему для создания трехмерных хопфионных кристаллов с помощью массива излучателей - дипольных антенн, решеток или микроволновых источников. Такая система формирует четкий пространственно-временной узор, устойчивый к искажениям.

Подобные топологические текстуры уже доказали свою ценность в магнитной электронике - например, для плотного и надежного хранения данных. Хопфионы в оптических полях могут открыть путь к новым схемам кодирования информации, более устойчивым каналам связи, методам захвата атомов и исследованию взаимодействий света и вещества.