Ученые из разных стран разработали метод управления светом, используя рисунок на металлической поверхности. Им удалось создать скирмионные мешки — структуры, представляющие собой вихри внутри вихрей.
Скирмионы представляют собой математическую модель, позволяющую описывать и исследовать взаимодействие элементарных частиц посредством вихреобразных структур. Недавние эксперименты подтвердили эту теоретическую концепцию, и исследования свойств этих квазичастиц продолжаются.
Для изучения свойств скирмионов в физике на поверхности золота методом литографии были сформированы тонкие бороздки, имеющие вид двух шестиугольников, расположенных под углом друг к другу. После этого на готовую структуру направляли излучение и наблюдали за процессами в ней с помощью различных методов электронной микроскопии.
В каждом из шестиугольников свет взаимодействовал с электронами на поверхности золота, что привело к формированию скирмионов. Объединение двух шестиугольников привело к образованию двух скирмионных полей, которые начали взаимодействовать.
Взаимодействие двух скирмионных полей привело к образованию скирмионных мешков. Это представляет собой матрешка. Такая структура формируется из нескольких скирмионов, объединенных в более крупный скирмион.
Ученые к удивлению для самих себя добились контроля над числом скирмионов, содержащихся в мешках, путем изменения угла скручивания световых полей. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Physics.
Созданные световые конфигурации редко наблюдаются в естественной среде. Изучение этих структур на данном этапе является задачей фундаментальной науки. Однако светом созданные скирмионы обладают уникальными характеристиками, что стимулирует исследователей к поиску потенциальных технических решений. Используемая в экспериментах золотая поверхность может и не подойти для практических задач, но сама концепция имеет перспективы.
«Если удастся найти подходящий материал, нашу идею можно будет применить в микроскопии. Это позволит достичь разрешения, которое невозможно получить в обычных условиях из-за ограничений, обусловленных длиной волны света», — отметил профессор Харальд Гиссен ( Harald Giessen).