به گزارش برنا، گروهی از پژوهشگران دانشگاه اشتوتگارت موفق شده‌اند با بهره‌گیری از برهم‌کنش نور با سطحی فلزی، ویژگی‌هایی کاملاً جدید و بی‌سابقه در میدان‌های نوری ایجاد کنند. این یافته که در مجله Nature Physics منتشر شده، در مرز‌های دانش فیزیک نور و پدیده‌های توپولوژیک قرار دارد و فصلی نو در تحقیقات اسکایرمیونی گشوده است.

کشف کیسه‌های اسکایرمیونی نور

هارالد گیسن، سرپرست مؤسسه فیزیک چهارم در دانشگاه اشتوتگارت، درباره‌ی این کشف می‌گوید: «نتایج ما فصل جدیدی به حوزه در حال رشد پژوهش‌های اسکایرمیونی افزوده است.» تیم تحت رهبری او موفق شده است وجود ساختار‌های موسوم به «کیسه‌های اسکایرمیونی نور» را روی سطحی فلزی به اثبات برساند.

اسکایرمیون‌ها و درک بهتر از پدیده‌های بنیادی

به گزارش فیزیکس اوآرجی، اسکایرمیون‌ها مفهومی ریاضیاتی برای توصیف ساختار‌هایی گردابی‌شکل هستند که به دانشمندان کمک می‌کنند تا روابط بنیادی در فیزیک را بهتر درک کنند. این مفهوم نظری در سال‌های اخیر در زمینه‌هایی، چون جامدات مغناطیسی و سطوح مواد به‌صورت تجربی تأیید شده است.

اکنون تیم گیسن بررسی کرده‌اند که آیا می‌توان با تابش نور به سطح ساختاریافته‌ی یک لایه نازک از طلا، ساختار‌هایی نوری مشابه با کیسه‌های اسکایرمیونی پدید آورد که از تقارن‌های خاصی تبعیت می‌کنند. این کیسه‌ها در واقع شامل چندین اسکایرمیون هستند که درون یک اسکایرمیون بزرگ‌تر جای گرفته‌اند.

طراحی ساختار‌های نوری با دقت بالا

در این آزمایش، پژوهشگران با استفاده از حکاکی‌های دقیق در سطح طلا، دو شش‌ضلعی مارپیچی ایجاد کردند که هر یک میدانی نوری به شکل اسکایرمیون تولید می‌کردند. به گفته‌ی یولیان شواب (Julian Schwab)، نویسنده‌ی اصلی مقاله و دانشجوی دکتری در گروه گیسن، آنها از ترکیب این دو میدان نوری، کیسه‌های اسکایرمیونی را مشاهده کردند.

نکته جالب توجه آن است که با تغییر میزان چرخش میدان‌های نوری نسبت به یکدیگر، پژوهشگران قادر بودند تعداد اسکایرمیون‌های درون هر کیسه را نیز تنظیم کنند. این بدان معناست که آنها توانسته‌اند به‌طور هدفمند میدان‌های نوری را کنترل و ساختار‌هایی بیافرینند که به طور طبیعی در نور مشاهده نمی‌شوند.

پژوهشی بنیادی با چشم‌انداز‌های فناورانه

گرچه این یافته‌ها هنوز در قلمرو فیزیک بنیادی قرار دارند، اما به‌دلیل ویژگی‌های غیرعادی این ساختار‌های نوری، زمینه را برای الهام‌بخشی به کاربرد‌های فناورانه فراهم کرده‌اند. در این پروژه، تیم اشتوتگارت با پژوهشگرانی از دانشگاه دویسبورگ-اسن در زمینه آزمایش‌ها و با محققانی از مؤسسه فناوری تخنیون در حیفا برای توصیف نظری پدیده همکاری داشته‌اند.

گیسن در پایان می‌گوید: «اگر ماده‌ای مناسب برای این پدیده یافت شود، این مفهوم می‌تواند در فناوری میکروسکوپ‌نگاری به‌کار گرفته شود.»

به‌گفته‌ی او، این روش می‌تواند موجب دستیابی به وضوح تصویری شود که پیش از این به‌دلیل محدودیت‌های ناشی از طول‌موج نور ممکن نبود.