Исследовательская группа Гарвардской школы инженерных и прикладных наук Джона А. Полсона (SEAS) под руководством Федерико Капассо открыла новый тип оптического вихря — «оптический ротатум». Этот пучок света не просто закручивается, как обычные оптические вихри, а меняет скорость вращения в разных частях и на разных участках пути. Такое поведение света проявляется в формах, напоминающих спирали, встречающиеся в природе — от раковины наутилуса до семян подсолнуха и ветвей деревьев.
Термин «ротатум» позаимствован из классической механики, где он означает скорость изменения крутящего момента во времени. В новом исследовании этот термин обозначает уникальное свойство оптического вихря: пучок света по мере распространения меняет свой крутящий момент, демонстрируя ранее не наблюдавшееся поведение.
Федерико Капассо, профессор прикладной физики и старший научный сотрудник по электротехнике, прокомментировал: «Это новое поведение света, представляющее собой оптический вихрь, который распространяется в пространстве и меняется необычным образом. Он потенциально полезен для манипулирования малыми объектами». Работа опубликована в журнале Science Advances.
Ротатум переносит орбитальный угловой момент и распространяется по логарифмической спирали, которая совпадает с последовательностью чисел Фибоначчи — той самой, что упоминается в популярной культуре, например, в «Коде да Винчи». Логарифмические спирали — универсальный природный мотив, воплощённый в раковинах наутилусов, узорах семян подсолнуха и архитектуре деревьев. Первый автор работы, Ахмед Дорра, ныне профессор Технического университета Эйндховена, назвал это открытие «одним из неожиданных и ярких моментов» своей исследовательской деятельности и выразил надежду, что оно вдохновит прикладных математиков на новые исследования.
В техническом плане учёные расширили возможности ранее созданной метаповерхности — ультратонкой линзы, покрытой наноразмерными структурами, управляющими светом. Ранее с её помощью можно было создавать пучки света с управляемой поляризацией и орбитальным угловым моментом, изменяющимися на протяжении пути распространения. Теперь добавлен новый параметр — возможность управлять крутящим моментом света в пространстве, причём этот контроль осуществляется непрерывно.
Альфонсо Пальмиери, аспирант лаборатории Капассо и соавтор исследования, отметил: «Мы демонстрируем ещё большую универсальность управления и можем делать это непрерывно».
Практическая ценность ротатума заключается в возможности точного управления малыми частицами, например, коллоидами в суспензии: добавляется новый тип силы, основанный на крутящем моменте света. Это открывает путь к созданию оптических пинцетов нового поколения для микроманипуляций.
В отличие от прежних подходов, требовавших мощных лазеров и громоздких установок, новая технология реализована с помощью одного жидкокристаллического дисплея и низкоинтенсивного светового пучка. Разработанная интегрированная система совместима с промышленными стандартами, что значительно снижает порог внедрения по сравнению с прежними методами.
Открытие ротатума — это шаг вперёд в управлении структурированным светом, который позволяет не только манипулировать микрочастицами, но и вдохновляет на новые математические и физические исследования, опираясь на универсальные природные законы, воплощённые в спиралях и последовательностях Фибоначчи.
Изображение носит иллюстративный характер
Термин «ротатум» позаимствован из классической механики, где он означает скорость изменения крутящего момента во времени. В новом исследовании этот термин обозначает уникальное свойство оптического вихря: пучок света по мере распространения меняет свой крутящий момент, демонстрируя ранее не наблюдавшееся поведение.
Федерико Капассо, профессор прикладной физики и старший научный сотрудник по электротехнике, прокомментировал: «Это новое поведение света, представляющее собой оптический вихрь, который распространяется в пространстве и меняется необычным образом. Он потенциально полезен для манипулирования малыми объектами». Работа опубликована в журнале Science Advances.
Ротатум переносит орбитальный угловой момент и распространяется по логарифмической спирали, которая совпадает с последовательностью чисел Фибоначчи — той самой, что упоминается в популярной культуре, например, в «Коде да Винчи». Логарифмические спирали — универсальный природный мотив, воплощённый в раковинах наутилусов, узорах семян подсолнуха и архитектуре деревьев. Первый автор работы, Ахмед Дорра, ныне профессор Технического университета Эйндховена, назвал это открытие «одним из неожиданных и ярких моментов» своей исследовательской деятельности и выразил надежду, что оно вдохновит прикладных математиков на новые исследования.
В техническом плане учёные расширили возможности ранее созданной метаповерхности — ультратонкой линзы, покрытой наноразмерными структурами, управляющими светом. Ранее с её помощью можно было создавать пучки света с управляемой поляризацией и орбитальным угловым моментом, изменяющимися на протяжении пути распространения. Теперь добавлен новый параметр — возможность управлять крутящим моментом света в пространстве, причём этот контроль осуществляется непрерывно.
Альфонсо Пальмиери, аспирант лаборатории Капассо и соавтор исследования, отметил: «Мы демонстрируем ещё большую универсальность управления и можем делать это непрерывно».
Практическая ценность ротатума заключается в возможности точного управления малыми частицами, например, коллоидами в суспензии: добавляется новый тип силы, основанный на крутящем моменте света. Это открывает путь к созданию оптических пинцетов нового поколения для микроманипуляций.
В отличие от прежних подходов, требовавших мощных лазеров и громоздких установок, новая технология реализована с помощью одного жидкокристаллического дисплея и низкоинтенсивного светового пучка. Разработанная интегрированная система совместима с промышленными стандартами, что значительно снижает порог внедрения по сравнению с прежними методами.
Открытие ротатума — это шаг вперёд в управлении структурированным светом, который позволяет не только манипулировать микрочастицами, но и вдохновляет на новые математические и физические исследования, опираясь на универсальные природные законы, воплощённые в спиралях и последовательностях Фибоначчи.
