Физики представили оптический аналог вихревой улицы Кармана

Важные новости

Физики сообщают об оптических аналог вихревой улицы К&аакуте;рмана

Художественное изображение вихревой кольцевой улицы, аналогичной структуре магнитного поля НДСТП, где правые и левые вихревые кольца выделены синим цветом и красный соответственно. Фото: Ицзе Шен, Никитас Папасимакис и Николай Желудев

В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communicationsсотрудничающие физики из Сингапура и Великобритании сообщили об оптическом аналоге вихревой улицы Кармана (КВС). Этот оптический KVS-импульс демонстрирует удивительные параллели между переносом жидкости и потоком энергии структурированного света.

Ицзе Шен, ведущий автор исследования из Наньянского технологического университета, говорит: «Мы представляем тип светового импульса, полевая структура которого имеет интригующее сходство с вихревой улицей фон Кармана, структурой закрученных вихрей, наблюдаемой в динамике жидкости и газа, которая отвечает за «пение» подвешенных телефонных линий на ветру. Структурированный свет демонстрирует устойчивую топологическую структуру скирмионов в конденсаторной материи. <р>«В отличие от более ранних работ по оптическим скирмионным пучкам и импульсам, конфигурация скирмионного поля в недифрагирующих супертороидальных импульсах (NDSTP) не ограничивается дифракцией и сохраняется при распространении на произвольные расстояния. Мы ожидаем, что NDSTP вдохновит на потенциальные применения, такие как светотехника. взаимодействия веществ, микроскопия сверхвысокого разрешения и метрология «

.Скирмионы, сложные топологические частицы, первоначально предложенные Тони Скирмом в качестве единой модели нуклона в 1962 году, ведут себя как наноразмерные магнитные вихри с впечатляющими текстурами. На сегодняшний день все известные оптические скирмионы в свободном пространстве не распространяются или существуют только вокруг фокуса и быстро коллапсируют при распространении.

Тем не менее, поскольку предлагаемые в данной работе световые импульсы не распространяются при распространении, такие структуры скирмионных полей могут сохраняться при распространении импульса КВС. Импульс позволяет изучать динамику распространения электромагнитных скирмионных полей и будет представлять интерес как направленные энергетические каналы для приложений передачи информации.

Аналогию между КВС в потоках жидкости и импульсом можно провести дальше, рассмотрев например движение электронов по вихревым дорожкам поперечных магнитных импульсов или распространение импульсов в нелинейных средах

«Мы считаем, что глубоко субволновые особенности этих импульсов могут быть применены в метрологии, а также могут заинтересовать тех, кто изучает спектроскопию тороидальных возбуждений в материи. Кроме того, импульсы могут быть использованы для передачи информации на большие расстояния, закодированной в топологических особенностях импульсы могут иметь потенциальное применение в телекоммуникациях, дистанционном зондировании и LiDAR», — говорят авторы.

KVS, классическая модель потока из закрученных вихрей, высокоорганизована и обычно состоит из двух последовательностей вихрей, по одному с каждой стороны тела, с циркуляцией противоположных знаков, славящихся своей эстетической красотой и огромной силой.

В музее церкви Святого Доминика в Болонье, Италия, находится картина, изображающая Святого Христофора, несущего младенца Иисуса через реку. Художник изобразил переплетающиеся вихри за босыми ногами Кристофера. Теодор фон Карман заявил, что его исследование вихревых улиц было вдохновлено этой картиной. Это представляет собой захватывающее пересечение науки и гуманитарных наук.

В 1940 году подвесной мост под названием Tacoma Narrow Bridge, построенный всего за четыре месяца, пострадал из-за образования вихревых улиц, вызванных его неправильной конструкцией. , что приводит к вибрациям и резонансу. Это событие ознаменовало собой первый случай, когда человечество осознало огромную мощь КВС.

Дополнительная информация: Ицзе Шен и др., Недифрагирующие супертороидальные импульсы и оптические » Вихревые улицы Кармана», Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-48927-5

Информация журнала: Nature Communications

Предоставлено Китайской академией наук

Новости сегодня

Последние новости