Skyrmioner är topologiskt skyddade kvasipartiklar med sofistikerade spinntexturer, brett studerade i system med kondenserad materia, magneter och nyligen inom fotonik, vilket förutsäger stor potential vid ultrahög kapacitetsinformationslagring, på grund av deras diversifierade och stabila topologiska spinntexturer i ultrasmå partiklar. som region.
Motiverad av efterfrågan på informationsbärare med ultrakapacitet, försöker framväxande forskning skapa och kontrollera mer komplexa kvasipartiklar med utökade topologiska texturer av högre ordning utöver de grundläggande skyrmionerna, såsom de transformerbara merongittren och skyrmionknippena i kirala magneter, skyrmionpåsar med stora topologiska laddningar och heliknotoner med komplexa knutar i flytande cystaller, för att nämna några.
Men dessa topologiska texturer existerar alla som stabila tillstånd i material, vilket kan vara perfekt för lagring av solid-state information men omöjligt för långväga dynamisk informationsöverföring.
Nyligen genomförda studier av optiska skyrmioner (Nature Photonics ) kan lösa detta problem. Viktigt är att de topologiska spinntexturerna kan skapas i högre dimensionella strukturerade ljusfält (Light:Science &Applications ), och öppna en ny riktning för topologiskt stabil långdistans optisk kommunikation med stor kapacitet för att revolutionera vårt informationssamhälle.
Därför är uppkomsten av nya former av optiska kvasipartiklar med utökade topologiska strukturer och ordningar alltid mycket önskvärda och lovar expansionen av grundläggande och tillämpad fysisk gräns.
I en artikel publicerad i Physical Review Applied , ett internationellt samarbete föreslog en ny familj av kvasipartiklar, kallade multiskyrmioner, som har multipolliknande utökade konfigurationer med alltmer komplexa nya topologier och kontrolleras av flera topologiska ordningar, bortom gränsen för normala skyrmioner.
Dessutom presenterar forskare experimentell generering och flexibel kontroll av ett stort antal on-demand topologiska tillstånd genom en fotonisk teknik. Dessutom produceras standardskyrmionerna vanligtvis av exotiska strukturerade material som kiral magnetik, plasmoniska system.
De visar att deras nya kvasipartikelalfabet kan konstrueras från enkla GRIN-linser, utlåning till omedelbar och utbredd implementering och i mer kompakta system.
Dessutom kan de fotoniska kvasipartiklarna i GRIN-linser kopplas till optiska system med fritt utrymme, vilket ger en långvägstransport av kontrollerade topologier.
Baserat på denna fördel föreslår teamet ett praktiskt kvasipartikelbaserat informationsöverföringsprotokoll för ultrakapacitetskryptering, där de multipla topologiska numren av diversifierade kvasipartiklar används för att koda och överföra information med robusta topologier mot miljöstörningar.
Dessutom kan kapaciteten och kanalerna i det här schemat spännas över flexibelt genom att arrangera GRIN-lins/kvasipartikelmatrisen, vilket slår de nuvarande optiska kommunikationsmetoderna.
"Vi tror att det här arbetet är en milstolpe. Eftersom skyrmioner eller kvasipartiklar i magneter redan har höjt revolutionen av ultrakapacitets stadig datalagring, samtidigt som vårt arbete börjar möta utmaningen och öppna nya forskningsriktningar för skyrmionbaserad informatik från stadig lagring till Dynamisk transport Vår metod ger integrerade och programmerbara lösningar av komplexa partikeltexturer, med effekter på både fotoniska och generella kondenserade materiasystem för att revolutionera topologisk informatik och logiska enheter, säger forskarna.
Mer information: Yijie Shen et al, Topologiskt kontrollerade multiskyrmioner i fotoniska gradientindexlinser, Physical Review Applied (2024). DOI:10.1103/PhysRevApplied.21.024025. På arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2304.06332
Journalinformation: Fysisk granskning tillämpad , Light:Science &Applications , Naturfotonik , arXiv
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
