Nella vita di tutti i giorni sperimentiamo leggero in una delle sue forme più semplici: raggi o raggi ottici. Tuttavia, la luce può esistere in forme molto più esotiche.
Così, anche le travi possono essere modellate per assumere la forma di spirali; cosiddetti fasci di vortice, dotati di proprietà insolite. Tali raggi possono far ruotare le particelle di polvere, proprio come si muovono effettivamente lungo alcune spirali intangibili.
Canali per guidare la luce strutturata: un prototipo di chip fotonico al silicio con informazioni codificate nella struttura rotante dei modi ottici. Credito immagine: Dr. Svetlana Kiriushechkina, CCNY
Le modalità di luce con tale struttura aggiunta sono chiamate “strutturate”, forme ancora più esotiche di luce strutturata possono essere raggiunte in materiali ottici artificiali – metamateriali, dove più onde luminose si combinano per creare le forme più complesse di luce.
Nei loro due recenti lavori, pubblicati uno dopo l’altro sulle migliori riviste “I progressi della scienza,” E “Natura Nanotecnologia”, Ricercatori del City College di New York di di Alexander Khanikaev group ha creato una luce strutturata su un chip di silicio e ha utilizzato questa struttura aggiuntiva per ottenere nuove funzionalità e controllo non disponibili prima.
A questo scopo sono stati creati metamateriali ottici bidimensionali, metasuperfici e che ospitano un tipo speciale di luce strutturata che ruota come raggi di vortice.
Con esperimenti condotti nel laboratorio di Khanikaev al City College, i ricercatori hanno dimostrato un nuovo tipo di trappola per confinare i modi ottici strutturati e guidarli sul chip.
Nel loro lavoro “Science Advances”, i ricercatori mostrano che, cambiando lentamente il modello della metasuperficie in due direzioni, si possono creare risonatori ottici che intrappolano la luce strutturata e la irradiano. È interessante notare che questa struttura sottostante ha dato origine a schemi insoliti della luce irradiata: fasci di vortici ottici.
I ricercatori hanno creato la guida d’onda per la luce strutturata applicando un cambiamento lento simile nel modello in una direzione, come riportato nel lavoro “Nature Nanotechnology”. Questi canali consentono di guidare i segnali ottici preservando la struttura interna della luce. Questo è simile al flusso di correnti nei fili, se potessimo avere fili con due tipi di cariche.
È interessante notare che tali correnti sono state di recente di enorme interesse per l’elettronica ed è stata immaginata una classe completamente nuova di dispositivi elettronici, comunemente indicati come spintronici o valleytronici.
In tali dispositivi non è il flusso di carica di per sé che trasferirebbe i segnali, ma lo spin o la valle degli elettroni, il che promette molti vantaggi rispetto ai dispositivi elettronici convenzionali.
Fisica della luce – impressione artistica. Credito immagine: FLY: D tramite Unsplash, licenza gratuita
Il lavoro di Khanikaev prevede un concetto simile, ma con la luce piuttosto che con gli elettroni. Tuttavia, a differenza dei sistemi elettronici, l’ottica e la fotonica hanno un vantaggio significativo: i modi ottici non soffrono di decoerenza nella stessa misura degli elettroni, che può essere vitale per le tecnologie quantistiche.
Le dimostrazioni del gruppo di Khanikaev possono essere utili per applicazioni quantistiche per diversi motivi. Pertanto, la struttura aggiunta delle modalità ottiche può essere utilizzata per codificare informazioni quantistiche sotto forma di bit quantistici.
Queste informazioni possono quindi essere trasportate su un chip o emesse nello spazio libero per comunicare informazioni quantistiche tra sistemi remoti.
Muovendosi in questa direzione, il gruppo Khanikaev sta attualmente lavorando per implementare queste idee con stati quantistici di luce strutturata e realizzare la logica quantistica nelle loro nanostrutture fotoniche.
Fonte: CNY
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