Физики научились управлять «закрученностью» света с помощью его внутренней структуры

Международная группа исследователей из Университета Восточной Англии и Витватерсрандского университета в ЮАР показала, что специально подготовленный световой пучок способен формировать области с противоположной круговой поляризацией при распространении в свободном пространстве. Для возникновения эффекта не нужны дополнительные поверхности или сильная фокусировка. Результаты опубликованы в журнале Light: Science & Applications. Свет обладает несколькими свойствами, связанными с вращением.

В оптическом вихре фаза волны закручивается вокруг направления распространения. Другое свойство — круговая поляризация: электрическое поле вращается вправо или влево. Она связана со спиновым угловым моментом света. Учёные изучали, как эти характеристики взаимодействуют внутри пучка. Исследователи создали световой пучок, в котором компоненты с противоположной круговой поляризацией первоначально уравновешивали друг друга. По мере распространения их пространственные распределения менялись, и компоненты разделялись по расстоянию от оси пучка.

В результате возникали отдельные области с преобладанием правого или левого вращения. Это не означает появления суммарного спина «из ничего»: меняется его распределение внутри светового поля. Управлять процессом удалось через топологические характеристики пучка — особенности организации его фазы и поляризации. Изменяя исходную структуру света, команда могла регулировать пространственное разделение компонентов. Авторы связывают эффект с различиями в изменении их фаз и расширении при распространении. Таким образом, сама структура подготовленного пучка становится инструментом управления его поведением.

Одна из возможных областей применения — исследование хиральных молекул. Так называют структуры, которые существуют в двух зеркальных формах, подобно правой и левой руке. Несмотря на сходство состава, такие формы могут по-разному действовать на организм, что особенно существенно при разработке лекарств. Свет с контролируемой хиральностью потенциально позволит точнее различать их и создавать более чувствительные методы анализа. Другие перспективы связаны с оптической передачей информации.

Различные комбинации поляризации и закрученной структуры светового поля могут использоваться для кодирования данных. Исследование также открывает возможности для оптических ловушек, в которых свет удерживает и перемещает микроскопические частицы. Пока речь идёт о фундаментальном результате, а не о готовых медицинских приборах или новых системах связи. Его значение в том, что учёные продемонстрировали дополнительный способ управлять светом: нужное распределение поляризации возникает в процессе распространения благодаря заранее заданной структуре пучка.

• Физики связали уравнения Эйнштейна с квантовой информацией
• Физики обнаружили необычный «провал» в данных о сверхплотной материи
• Учёные предложили связывать удалённые кубиты колебаниями кристалла
• Учёные создали самые точные атомные часы в мире
• Учёные предложили превращать пластиковые отходы в бензин и дизельное топливо
• ИИ и смешанную реальность впервые объединили при установке зубного импланта
• Капли воды могут повреждать краску микроскопическими электрическими разрядами
• Умные часы завышают расход калорий: учёные проверили четыре популярные модели