首次观察到的各种退化点的异常点的湮灭
光谱真实部分的异常点的轨迹。图片来源:马特乌什·克罗尔,华沙大学物理系
来自波兰华沙大学,法国Pascal CNRS研究所,波兰军事技术大学和英国南安普敦大学的一组研究人员表明,控制所谓的异常点是可能的。物理学家还首次观察到来自不同简并点的异常点的湮灭。您可以在最新的 《自然通讯》中 阅读有关可能有助于现代光学设备创造的发现。
我们周围的宇宙是由基本粒子组成的,其中大多数都有它们的反粒子。当粒子和反粒子,即物质和反物质相遇时,就会发生湮灭。物理学家长期以来一直能够产生准粒子和准反粒子 - 基本激发:电荷,振动,能量 - 被困在物质中,最常见于晶体或液体中。
"准粒子的世界可能非常复杂,尽管矛盾的是,准粒子本身有助于简化量子现象的描述,"华沙大学物理学院的Jacek Szczytko解释说。
"如果没有准粒子,就很难理解晶体管、发光二极管、超导体和一些量子计算机的运作情况。即使是抽象的数学概念也可以成为准粒子,只要它们可以在物理系统中实现。其中一个抽象的概念是例外点。
来自法国帕斯卡尔CNRS研究所的理论家,纪尧姆·马尔普埃奇和德米特里·索尔尼什科夫解释道。
"所谓的"异常点"是特定的系统参数,导致两种不同解决方案的共性,这些解决方案只能存在于有损耗的系统中,即那些振荡随时间缓慢消退的系统,"Malpuech说。
"它们允许创建高效的传感器,单模激光器或单向传输。重要的是,每个异常点都有一个非零拓扑电荷 - 一个描述基本几何性质的数学特征,并允许您确定哪个异常点将成为另一个异常点的"反粒子","Solnyshkov补充道。
华沙大学和军事技术大学的科学家与CNRS和南安普敦大学的研究人员合作,分析了充满液晶的光学谐振器。液晶是物质的特殊相,尽管其为液态,但在某些方向上是有区别的。
以前认为的EP湮灭和这项工作之间的区别。 a 典型的EP湮灭,其中只涉及一个狄拉克山谷。EP 是在增加相对非隐血性 χ 时从 DP 创建的。相反,当相对非隐性降低时,它们合并并形成DP。 b 本工作中描述的EP的湮灭,涉及不同的山谷。4 EP是在增加相对非密封性时从2个DP创建的。当它进一步增加时,EP相遇并湮灭,使系统没有任何奇点。 w 是这里的绕组数。图片来源: 自然通讯 (2022)。DOI: 10.1038/s41467-022-33001-9
例如,它可以通过光束进行探测,光束的行为根据相对于液晶光学轴的入射方向而有所不同。该功能与外部电场的易调谐性相结合,是普通液晶显示器(LCD)操作的基础。偏振光-即电磁波电场振动的特定方向-完美地"感知"光轴的方向,这些与液晶细长分子的方向有关。
"在进行的研究中,液晶层被放置在两个平面镜子之间,"华沙军事技术大学的Wiktor Piecek解释说。"整个结构创造了一个光学腔,只有具有特定波长的光才能通过。
对于所谓的腔体共振模式,即具有特定颜色(能量)、偏振和传播方向的光,满足这一条件。这对应于落入腔体的光子可以在两个镜子之间多次反弹的情况。
液晶的存在,其方向可以通过施加电压来改变,允许调整腔体模式的能量。此外,当光以一定角度入射时,共振条件会发生变化,这尤其会导致不同的腔体模式相互相交,即尽管光的偏振不同,但具有相同的能量。
对于本文所考虑的液晶的特定取向,在考虑理想结构时,两种不同的腔体模式应仅针对光的四个特定入射角相交,而不会有任何损失。事实上,被困在腔体中的光可以通过不完美的镜子逸出或被散射。
光子停留在微腔内的平均时间可以根据光谱测量来确定。此外,由于液晶层的方向,观察到沿和垂直于液晶轴线偏振的光的散射差异。结果,在理想化的无损空腔的每个简并点的位置,观察到一对所谓的异常点,其中光子在空腔中的能量和寿命都是相同的。
该出版物的第一作者Mateusz Krol描述了该实验:"在测试系统中,观察到可以通过改变施加到腔体的电压来控制异常点的位置。首先,随着电偏置的减少,从不同简并点产生的异常点彼此靠近,并且对于适当的低电压,它们会重叠。由于接近的点具有相反的拓扑电荷,它们在相遇时会湮灭,因此它们消失了,没有留下任何特殊点。
"这种类型的拓扑奇点行为,即来自不同简并点的异常点的湮灭,已经首次被观察到。早期的工作显示了特殊点的湮灭,但它们在完全相同的退化点上出现和消失,"CNRS博士生伊斯梅尔·塞普特姆布雷(Ismael Septembre)补充道。
近年来,在物理学的许多不同领域都对特殊点进行了深入研究。"我们的发现将允许创建拓扑特性可以通过电压控制的光学器件,"华沙大学物理学院的Barbara Pietka总结道。
更多信息: M. Król等人,2D光子系统中不同狄拉克山谷中特殊点的湮灭, 自然通讯 (2022)。DOI: 10.1038/s41467-022-33001-9
期刊信息: 自然通讯
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