Liknar ögat av en orkan, fysiker vid forskningsinstitutet AMOLF, University of Amsterdam och University of Texas i Austin, har fångat ljus i ögat av en optisk virvel. Forskningen publiceras den 4 juni ^th i toppjournalen Nature Photonics .

"Ljuset kunde röra sig i vilken riktning som helst, men gör det inte, " säger forskaren Hugo Doeleman från AMOLF-gruppen Resonant Nanophotonics och University of Amsterdam. "Det är ett märkligt fenomen. Det är som att låsa in ljus i ett fängelse med osynliga väggar." Detta fenomen, som de berömda fysikerna Von Neumann och Wigner förutspådde för elektroner 1929, visade sig också förekomma i ljus. I forskningsjargong, det kallas ett bundet tillstånd i kontinuum (BIC). En BIC uppstår när ljusvågor fångas och stannar någonstans utan att något motsätter sig deras rörelse. "Ljuset kan fly men det gör det inte, säger Doeleman.

Under 2014, en grupp forskare från MIT, Harvard, och Yale förutspådde att dessa BIC:er är centrum för en sorts optisk virvel. Doeleman och hans kollegor Wouter den Hollander och Femius Koenderink har nu experimentellt bevisat förekomsten av en sådan virvel. De lyckades producera en BIC och visa att ljuset fångas i en polarisationsvirvel, som förutspått:ljuset fångas i stormens öga. Forskarna från Amsterdam arbetade nära tillsammans med två forskare från USA, Francesco Monticone (nu vid Cornell University) och Andrea Alù (nu vid City University of New York) för att förstå hur virveln fångar ljuset.

För att producera en BIC, ett prov behövs med två optiska kanaler som sprider inkommande laserljus. Provet som producerades vid AMOLF bestod av en rad miniatyrkiselnitridstavar på ett tunt glasmembran. På grund av interferensen som orsakas av strukturen hos provet, en virvelform uppstår i ljusets polarisationsriktning. Detta inträffar runt den punkt där ljuset fångas - ögat. Teamet utvecklade en modell som visar vad som hände i deras prov. "Modellen avslöjar att denna osynliga vägg, som ljuset inte kan passera, uppstår exakt när ljusvågorna som sprids av de två kanalerna stör destruktivt. Det är just detta tillstånd som definierar stormens öga."

Den mest slående aspekten är att virveln gör BIC:n robust, säger Doeleman. "Så länge det finns en virvel, det finns ett öga. Små brister kan förskjuta eller deformera virveln, men ögat rör sig med det. Jämförbart med när en orkan rör sig, ögat rör sig med det. Bara om virveln försvinner helt försvinner BIC också." Det kommer att vara användbart för applikationer inom fotonik, eftersom det betyder att BIC är tolerant för avvikelser som alltid uppstår.

På längre sikt, BIC:er kan vara användbara för att tillverka små lasrar. Doeleman:"För att göra en bra laser, du måste kunna fånga ljus under en tid och koncentrera det." En sådan liten laser kan sedan placeras på ett fotoniskt chip. "Men, det är något på längre sikt. Tills vidare, vi är främst fascinerade av själva fenomenet. Vi är i början av att upptäcka vad BIC kan göra."