Estudio arroja nueva luz sobre Skyrmions
- centroopticafcbi
- Mar 26, 2021
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Updated: May 27, 2021
Marzo, 19 2021
Hasta la fecha, se han observado vórtices en forma de partículas conocidos como skyrmions en una variedad de sistemas físicos, incluidos ferromagnetos y campos de luz. Mediante una manipulación adecuada, podrían utilizarse en el futuro para fabricar memorias informáticas ultracompactas o permitir telecomunicaciones de ancho de banda extremadamente alto.
Investigadores en Europa han dado otro paso adelante en esa dirección, que han utilizado una microcavidad óptica para generar campos fotónicos que se asemejan a medio skyrmions o "merons". En particular, han demostrado que es posible fabricar merones ópticos de segundo orden estables a temperatura ambiente.
Los skyrmions fueron propuestos por primera vez en la década de 1950 por el físico británico Tony Skyrme como una forma de explicar cómo los nucleones podían emerger del fuerte campo de fuerza nuclear. Son regiones del campo dentro de las cuales todos los vectores de campo emergen o convergen en un solo punto, que poseen la sorprendente propiedad de estabilidad topológica.
Esta estabilidad ha hecho que los skyrmions sean objeto de un estudio bastante intenso en la física del estado sólido. Varios grupos han demostrado que es posible hacer skyrmions mediante la disposición de giros magnéticos dentro de capas delgadas de ferromagnetos. Con estas regiones midiendo potencialmente solo unos pocos nanómetros de ancho, la memoria basada en skyrmion podría ser en el futuro mucho más pequeña y también más eficiente en energía que los dispositivos de almacenamiento magnético de hoy.
Los Skyrmions también se han visto en otros entornos físicos, incluidos los condensados de Bose-Einstein, los plasmones de superficie y los sistemas Hall cuánticos. En particular, Pavlos Lagoudakis y Helgi Sigurdsson de la Universidad de Southampton en el Reino Unido y sus colegas en 2016 informaron haber usado luz polarizada para observar merones en microcavidades de semiconductores. Un meron tiene la mitad de la carga topológica de un skyrmion.
Lagoudakis y Sigurdsson ahora han unido fuerzas con Jacek Szczytko y sus colegas de la Universidad de Varsovia en Polonia para producir un nuevo tipo de meron. Han observado polarizaciones en un campo electromagnético que pueden considerarse merones de segundo orden, que tienen el doble de vorticidad que los observados hace cinco años; en otras palabras, cada merón es como un vórtice de dos cabezas.
Lo hicieron utilizando una cavidad de 2 micrómetros de espesor que contenía una capa de cristal líquido colocada entre dos reflectores de Bragg. El cristal líquido tenía dos índices de refracción: uno paralelo al eje longitudinal de sus moléculas y el otro perpendicular. Pudieron rotar este eje aplicando un voltaje a los electrodos en cada extremo de la cavidad.
La idea era cambiar el índice de refracción relativo de la luz entrante polarizada linealmente en los dos ejes ortogonales dentro del plano de los electrodos. Al hacerlo, se concentraron en dos configuraciones en particular: una en la que la luz a lo largo de ambos ejes tenía el mismo número de modo y otra en la que la diferencia de modo era igual a dos. Luego registraron la polarización de la luz saliente utilizando un sistema de imágenes con resolución de polarización.
La primera configuración, que causaba que los modos de cavidad polarizados linealmente se dividieran en energía, producía luz con una polarización análoga a un meron de segundo orden. La segunda configuración, que mezcló fotones de diferentes números cuánticos longitudinales, produjo un antimerón de segundo orden en la luz de la cavidad transmitida.
La colaboración entre el Reino Unido y Polonia dice que ha "proporcionado la primera observación experimental de un meron y un antimerón de segundo orden en un campo electromagnético". Los investigadores argumentan que tal configuración basada en la luz podría proporcionar a los físicos de materia condensada un proxy para los sistemas magnéticos, permitiéndoles potencialmente una forma relativamente sencilla de estudiar cómo los merones de segundo orden impresos en medios ópticamente no lineales podrían atraer, repeler y aniquilar. unos y otros.
Cuando se trata de aplicaciones prácticas, los investigadores calculan que, además de los dispositivos de memoria muy densos, estos merones ópticos derivados de cavidades también podrían conducir a nuevos tipos de comunicación e imágenes. Como explican, sus observaciones se pueden interpretar en términos de momento angular que se convierte de espín a variedades orbitales. Esto, dicen, proporciona una posible ruta para codificar datos en los diferentes grados de torsión de un haz de luz que posee un momento angular orbital.
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