Skyrmion temelli yeni bir optik cihaz, terahertz darbelerde donut biçimli ultra-kararlı ışık desenlerini üretiyor ve elektrik ile manyetik modlar arasında isteğe bağlı geçiş yapabiliyor. Araştırmacılar, bu kontrolün gelecekte daha dayanıklı kablosuz veri iletimi için yeni bir kapı aralayabileceğini söylüyor.
Bilim insanları, iki farklı girdap (vorteks) biçimli ışık desenini üretebilen ve bu desenler arasında geçiş yapabilen yeni bir optik cihaz geliştirdi. Bu yapılandırılmış ışık biçimleri skyrmion olarak adlandırılıyor ve en dikkat çekici özellikleri, bozulmalara karşı şaşırtıcı derecede dayanıklı olmaları. Bu dayanıklılık, onları geleceğin kablosuz iletişiminde bilgi kodlamak için cazip bir aday haline getiriyor.
Çalışma Optica dergisinde yayımlandı. Chicago Üniversitesi değil, Tianjin University ve Nanyang Technological University araştırmacılarının yer aldığı ekip, serbest uzayda ilerleyen toroidal terahertz ışık darbeleri içinde skyrmionların elektrik ve manyetik konfigürasyonlar arasında aktif biçimde değiştirilebildiğini deneysel olarak gösterdi. Bu dönüşüm, geleneksel optik bileşenlerin yapamadığı biçimde ışığı şekillendirebilen, nanoskopik desenlerle işlenmiş çok ince bir malzeme olan metayüzey (metasurface) ile sağlanıyor.
Skyrmion kontrolü: iki mod, tek platform
Sistemin kalbinde, farklı polarizasyon (ışığın titreşim yönü) desenlerine sahip yakın kızılötesi femtosaniye lazer darbelerini alıp, bunları istenen biçimde terahertz toroidal (donut benzeri halka) ışık darbelerine dönüştüren doğrusal olmayan bir metayüzey bulunuyor. Giriş lazerinin polarizasyonu değiştirildiğinde, üretilen vorteks deseninin “elektrik mod” ya da “manyetik mod” skyrmion dokusuna sahip olması seçilebiliyor. Ekip, bunu pratikte dalga plakaları ve vorteks geciktiriciler gibi basit optik elemanlarla kontrol ederek kompakt bir anahtarlama yaklaşımı sunuyor.
Araştırmacılar, anahtarlamanın gerçekten istikrarlı ve ayırt edilebilir olduğunu göstermek için ultrahızlı bir terahertz ölçüm düzeni kurdu. Tek bir noktadan ölçmek yerine, darbenin uzayda ve zamanda nasıl evrildiğini görmek için çoklu konum ve zaman noktalarında tarama yaparak elektromanyetik alanın gelişimini yeniden yapılandırdılar. Sonuçlar, iki skyrmion modunun belirgin biçimde ayrıldığını; ayrıca geçişin güvenilirliğini ve mod saflığını doğrulayan ölçümlerin elde edildiğini gösterdi.
Bir sonraki adım, yaklaşımı iletişim uygulamalarına daha uygun hale getirmek: uzun süreli kararlılığı, tekrarlanabilirliği ve verimi artırmak; sistemi daha küçük ve daha sağlam kılmak hedefleniyor. Ekip ayrıca iki modla sınırlı kalmayıp daha fazla kontrol edilebilir durum ekleyerek, daha karmaşık ve esnek bilgi kodlama yöntemlerine uzanmayı planlıyor.
