Μια διεθνής ομάδα επιστημόνων από την Πολωνία και τη Γαλλία κατάφερε να δημιουργήσει «οπτικούς τυφώνες» σε εξαιρετικά μικρή κλίμακα, χρησιμοποιώντας υγρούς κρυστάλλους. Η ανακάλυψη αυτή, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science Advances, ανοίγει νέους δρόμους για τη δημιουργία μικροσκοπικών πηγών φωτός με πολύπλοκες δομές, οι οποίες θα μπορούσαν να φέρουν επανάσταση στις οπτικές επικοινωνίες και τις κβαντικές τεχνολογίες.
Υγροί κρύσταλλοι ως παγίδες φωτός
Αντί να βασιστούν σε περίπλοκες νανοδομές, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν υγρούς κρυστάλλους -υλικά που ρέουν σαν υγρά αλλά έχουν ταυτόχρονα την εσωτερική οργάνωση των στερεών κρυστάλλων.
Μέσα σε αυτή τη δομή, δημιούργησαν ελαττώματα γνωστά ως τορόνια (torons). Αυτά μοιάζουν με σφιχτά τυλιγμένες σπείρες, παρόμοιες με το DNA, που σχηματίζουν δακτυλίους σε σχήμα ντόνατ και λειτουργούν ως μικροσκοπικές παγίδες για το φως.
Η επίδραση του συνθετικού μαγνητικού πεδίου
Το φως δεν ανταποκρίνεται στα μαγνητικά πεδία όπως τα ηλεκτρόνια. Ωστόσο, οι επιστήμονες κατάφεραν να προσομοιώσουν αυτή τη συμπεριφορά δημιουργώντας ένα συνθετικό μαγνητικό πεδίο. Χρησιμοποιώντας τη χωρική μεταβλητή διπλοθλαστικότητα -τη διαφορά στην ταχύτητα διάδοσης διαφορετικών πολώσεων του φωτός- ανάγκασαν το φως να «λυγίσει» και να περιστραφεί γύρω από τον άξονά του σε σπειροειδή μορφή.
Για να ενισχυθεί το φαινόμενο, το τορόνιο τοποθετήθηκε μέσα σε μια οπτική μικροκοιλότητα (ένα σύστημα κατόπτρων), όπου το φως ανακλάται επανειλημμένα, ενώ ο έλεγχος των ιδιοτήτων του επιτεύχθηκε μέσω εξωτερικής ηλεκτρικής τάσης.
Καινοτομία στη θεμελιώδη κατάσταση και συμπεριφορά κουάρκ
Το πιο εντυπωσιακό αποτέλεσμα της έρευνας είναι ότι η δημιουργία αυτού του οπτικού στροβίλου επιτεύχθηκε στη θεμελιώδη κατάσταση (ground state), δηλαδή στο επίπεδο της χαμηλότερης ενέργειας. Αυτό είναι εξαιρετικά σημαντικό γιατί η θεμελιώδης κατάσταση είναι η πιο σταθερή, καθιστώντας πολύ πιο εύκολη τη λειτουργία του συστήματος ως λέιζερ.
Οι ερευνητές πρόσθεσαν μια χρωστική λέιζερ στο σύστημα και πέτυχαν εκπομπή φωτός που δεν είναι μόνο περιστρεφόμενο, αλλά και συνεκτικό, με καθορισμένη ενέργεια και κατεύθυνση. Όπως σημείωσαν οι επιστήμονες, με αυτή τη μέθοδο κατάφεραν να κάνουν τα φωτόνια να συμπεριφέρονται όχι μόνο σαν ηλεκτρόνια, αλλά ακόμη και σαν κουάρκ (τα σωματίδια που απαρτίζουν τα πρωτόνια).
Αυτή η ανακάλυψη δείχνει ότι η χρήση αυτο-οργανούμενων υλικών μπορεί να αντικαταστήσει την ανάγκη για πολύπλοκη νανοτεχνολογία, οδηγώντας σε απλούστερες και πιο επεκτάσιμες φωτονικές συσκευές στο μέλλον.
