Slavná „einsteinovská“ dlaždice přináší překvapení ve fyzice

„Einsteinovská“ dlaždice ve tvaru klobouku, matematická kuriozita, která vyřešila desetiletí starý hlavolam o pokrývání nekonečných ploch bez opakujících se vzorů, nyní přinesla překvapení ve světě fyziky. Výzkumníci z Tokijské univerzity zjistili, že nanostruktury založené na této dlaždici vytvářejí dosud nevídanou chirální difrakci světla, což otevírá novou hranici pro optické technologie.

Od matematického problému k fotonickému objevu

Ve studii publikované ve středu v časopise Nature Communications vyrobil tým vedený Yuto Moritakem z Institutu průmyslové vědy Tokijské univerzity nanometrové verze vzoru kloboukové dlaždice na vrstvách nitridu křemíku pomocí elektronové litografie. Když na struktury zamířili laserové světlo, objevily se výrazné difrakční vzory připomínající větrníky, vzory s jasnou „orientací“, které vypadají jinak při pohledu v zrcadle.phys+2

Dlaždice ve tvaru klobouku, třináctistranný mnohoúhelník objevený amatérským matematikem Davidem Smithem v roce 2023, byla prvním tvarem, u kterého bylo dokázáno, že dokáže pokrýt nekonečnou rovinu, aniž by se kdy opakoval. Vyřešila takzvaný Einsteinův problém, což je slovní hříčka s německým „ein stein“, znamenajícím „jeden kámen“, nikoliv odkaz na fyzika. Ačkoliv matematické vlastnosti dlaždice byly dobře známy, její fyzikální chování zůstávalo neprozkoumané.yahoo+1

Chiralita tam, kde se nečekala

„Zjistili jsme, že samotné difrakční vzory se stávají chirálními, protože struktuře chybí zrcadlová symetrie,“ uvedl hlavní autor Masaya Notomi. „Tento druh optické odezvy je zásadně odlišný od toho, který pozorujeme u běžných kvazikrystalických materiálů.“phys

Chirální difrakce byla zpočátku nečekaná, řekl Moritake pro Scientific American, ale tým dospěl k závěru, že musí vycházet z přirozené asymetrie základní dlaždice. Jejich experimenty také ukázaly, že difrakční vzor se mění v závislosti na směru a polarizaci přicházejícího světla a že zrcadlové struktury vytvářejí odpovídající obrácení optického chování.interestingengineering+2

Potenciál pro optické technologie

Vědci tvrdí, že zjištění by mohla vést k novým způsobům manipulace s polarizací světla, což je vlastnost klíčová pro telekomunikace a kvantovou kryptografii. „Vzory z jedné dlaždice poskytují platformu pro zkoumání optických jevů, které vznikají ze souhry symetrie, chirality a aperiodicity,“ řekl Moritake.yahoo+2

Práce ilustruje, jak abstraktní matematický objev, zrozený z fascinace jednoho nadšence tvary, může nečekaně odemknout novou fyziku s praktickým využitím ve fotonických zařízeních a systémech řízení světla.interestingengineering+2