La vida moderna depende en gran medida de la codificación de la información en la forma en que se entrega. Un método común es codificar datos en luz láser y enviarlos a través de cables ópticos. La creciente demanda de más capacidad de información exige que encontremos constantemente mejores formas de codificarla.
Investigadores del Departamento de Física Aplicada de la Universidad Aalto han encontrado una nueva forma de crear pequeños huracanes de luz, conocidos por los científicos como vórtices, que pueden transportar información. El método se basa en la manipulación de nanopartículas metálicas que interactúan con un campo eléctrico. El método de diseño, que pertenece a una clase de geometrías conocidas como cuasicristales, fue ideado por el investigador doctoral Kristian Arjas y realizado experimentalmente por el investigador doctoral Jani Taskinen en el grupo de dinámica cuántica del profesor Päivä Torm. El descubrimiento representa un paso fundamental en la física y tiene el potencial de encontrar formas completamente nuevas de transmitir información.
Medio orden y caos
Un vórtice en este caso es como un huracán que se presenta en rayos de luz, donde un centro tranquilo y oscuro está rodeado por un anillo de luz brillante. Así como el ojo de un tornado está en calma porque el aire circundante sopla en diferentes direcciones, el ojo de un tornado se oscurece debido al campo eléctrico de luz brillante que apunta en diferentes direcciones en el haz.
Estudios de física anteriores han vinculado los tipos de vórtices que pueden aparecer con el grado de simetría de las estructuras que los crean. Por ejemplo, si las partículas a nanoescala se disponen en un cuadrado, la luz producida tiene un único vórtice; El hexágono produce un doble vórtice y así sucesivamente. Los vórtices más complejos requieren al menos una forma octogonal.
Ahora Arjas, Taskinen y su equipo han descubierto un método para crear formas geométricas que teóricamente soportan cualquier tipo de vórtice.
“Esta investigación trata sobre la relación entre la simetría de los vórtices y la rotabilidad, es decir, con qué tipo de simetría podemos crear vórtices. Nuestro diseño cuasicristalino está a medio camino entre el orden y el desorden”, dijo Torma.
buena onda
En su investigación, el grupo utilizó 100.000 nanopartículas metálicas, cada una de las cuales tiene una centésima parte del tamaño de una hebra de cabello humano, para crear su diseño único. La clave es encontrar qué partículas tienen la menor cantidad de interacciones con el campo eléctrico deseado, en lugar de la mayor cantidad de ellas.
«Un campo eléctrico tiene puntos calientes de alta vibración y puntos en los que está esencialmente muerto. Introducimos partículas en el punto muerto, lo que bloqueó todo lo demás y nos permitió seleccionar el campo con las propiedades más interesantes para nuestra aplicación», afirma Taskinen.
El descubrimiento abre una gran cantidad de investigaciones futuras en el muy activo campo de los estudios topológicos de la luz. También representa los primeros pasos hacia un medio robusto de transmisión de información en dominios donde se requiere luz para transmitir información codificada, incluidas las telecomunicaciones.
«Por ejemplo, podemos enviar estos vórtices por cables de fibra óptica y descomprimirlos en su destino. Esto nos permite almacenar información en un espacio mucho más pequeño y transmitir más información a la vez. Una estimación optimista sería de 8 a 16 veces la cantidad de información que podemos entregar ahora a través de fibra óptica”, afirmó Arjas.
La implementación práctica y la escalabilidad del diseño del equipo pueden llevar años de ingeniería. Sin embargo, el grupo de Dinámica Cuántica de Aalto está muy ocupado investigando para mejorar la superconductividad y los LED orgánicos.
El grupo utilizó la infraestructura de investigación de OtaNano para tecnologías nano, micro y cuánticas en su investigación pionera.
El estudio fue publicado a principios de noviembre. comunicación de la naturaleza.