Garsioji „einstein“ plytelė nustebino fizikus

„Einstein“ skrybėlės formos plytelė, matematinė įdomybė, išsprendusi dešimtmečius trukusį galvosūkį apie begalinių paviršių padengimą be pasikartojančių raštų, dabar pateikė staigmeną fizikos pasauliui. Tokijo universiteto mokslininkai atrado, kad nanostruktūros, pagrįstos šia plytele, sukuria iki šiol nematytą chiralinę šviesos difrakciją, atverdamos naują horizontą optinėms technologijoms.

Nuo matematikos uždavinio iki fotonikos atradimo

Trečiadienį žurnale Nature Communications paskelbtame tyrime komanda, vadovaujama Yuto Moritake iš Tokijo universiteto Pramonės mokslo instituto, naudodama elektronų pluošto litografiją, ant silicio nitrido plėvelių suformavo nanometrinio dydžio skrybėlės plytelės raštus. Kai į šias struktūras buvo nukreipta lazerio šviesa, atsirado saviti, vėjo malūnėlius primenantys difrakcijos raštai, turintys aiškų „kairumą“ ar „dešinumą“, kurie atrodo skirtingai žiūrint į veidrodį.phys+2

Skrybėlės plytelė, 13 kraštinių daugiakampis, kurį 2023 m. atrado matematikos mėgėjas David Smith, buvo pirmoji forma, įrodyta kaip gebanti užpildyti begalinę plokštumą niekada nesikartojančiu raštu. Tai išsprendė vadinamąją Einšteino problemą, kurios pavadinimas yra žodžių žaismas su vokišku „ein stein“, reiškiančiu „vienas akmuo“, o ne nuoroda į patį fiziką. Nors plytelės matematinės savybės buvo gerai žinomos, jos fizinis elgesys liko neištirtas.yahoo+1

Chiralumas ten, kur jo nesitikėta

„Mes nustatėme, kad patys difrakcijos raštai tampa chiraliniai, nes struktūrai trūksta veidrodinės simetrijos“, – sakė vyresnysis autorius Masaya Notomi. „Toks optinis atsakas iš esmės skiriasi nuo to, kuris stebimas įprastose kvazikristalinėse medžiagose.“phys

Chiralinė difrakcija iš pradžių buvo netikėta, Moritake sakė „Scientific American“, tačiau komanda padarė išvadą, kad ji turi kilti iš pagrindinės skrybėlės plytelės asimetrijos. Jų eksperimentai taip pat parodė, kad difrakcijos raštas kinta priklausomai nuo krintančios šviesos krypties ir poliarizacijos, o veidrodinės struktūros sukelia atitinkamus optinio elgesio pokyčius.interestingengineering+2

Potencialas optinėms technologijoms

Mokslininkai teigia, kad šios išvados gali padėti rasti naujų būdų manipuliuoti šviesos poliarizacija, kuri yra itin svarbi telekomunikacijoms ir kvantinei kriptografijai. „Vienos plytelės raštai suteikia platformą tyrinėti optinius reiškinius, kylančius iš simetrijos, chiralumo ir periodiškumo stokos sąveikos“, – teigė Moritake.yahoo+2

Šis darbas iliustruoja, kaip abstraktus matematinis atradimas, gimęs iš vieno entuziasto susižavėjimo formomis, gali netikėtai atrakinti naują fiziką su praktiniu pritaikymu fotoniniuose prietaisuose ir šviesos valdymo sistemose.interestingengineering+2