Multiskyrmions controlados topologicamente:pesquisadores propõem uma nova família de quasipartículas
(a) Esquema de (a1) a lente GRIN e (a2) o conjunto de lentes GRIN, com distribuições radiais e azimutais dos eixos rápido e lento em sua seção transversal, cujo raio pode ser inferior a 500 µm e (a3) uma imagem de uma lente GRIN real. (b), (c) Diversos campos de luz vetorial de polarização correspondentes às diferentes quasipartículas fotônicas complexas geradas podem ser controlados por cascatas de lentes GRIN, representadas por (b) distribuições de elipse de polarização e (c) distribuições de vetor de Stokes, que incluem ( b1),(c1) um skyrmion de número topológico de Ns =2, (b2),(c2) um skyrmionium de Ns =0, (b3),(c3) um quadruskyrmion de Ns =4 compreendendo quatro skyrmions elementares de Ns =1, e (b2),(c2) um quadrúmero de Ns =2 compreendendo quatro merons elementares de Ns =1/2. Crédito:Yijie Shen, Chao He, Zipei Song, Binguo Chen, Honghui He, Yifei Ma, Julian A.J. Fells, Steve J. Elston, Stephen M. Morris, Martin J. Booth e Andrew Forbes. Skyrmions são quasipartículas topologicamente protegidas com texturas de spin sofisticadas, amplamente estudadas em sistemas de matéria condensada, ímãs e recentemente em fotônica, o que prevê grande potencial no armazenamento de informações de capacidade ultra-alta, devido às suas texturas de spin topológicas diversificadas e estáveis em partículas ultrapequenas. como região.
Motivados pela demanda por portadores de informação de ultracapacidade, pesquisas emergentes buscam criar e controlar quasipartículas mais complexas com texturas topológicas estendidas de ordem superior, além dos skyrmions fundamentais, como as redes de meron transformáveis e feixes de skyrmion em ímãs quirais, sacos de skyrmion com grandes cargas topológicas e heliknotons com nós complexos em cistais líquidos, para citar alguns.
No entanto, todas essas texturas topológicas existem como estados estacionários em materiais, o que pode ser perfeito para armazenamento de informações em estado sólido, mas impossível para transferência dinâmica de informações de longo alcance.
Estudos recentes de skyrmions ópticos (Nature Photonics ) pode resolver esse problema. É importante ressaltar que as texturas de spin topológico podem ser criadas em campos de luz estruturados de dimensões superiores (Light:Science &Applications ) e abrir uma nova direção para comunicações ópticas topologicamente estáveis, de longo alcance e grande capacidade, para revolucionar a nossa sociedade da informação.
Portanto, o surgimento de novas formas de quasipartículas ópticas com estruturas e ordens topológicas estendidas é sempre altamente desejado e promete a expansão da fronteira física fundamental e aplicada.
Em artigo publicado na Physical Review Applied , uma colaboração internacional propôs uma nova família de quasipartículas, denominadas multiskyrmions, que possuem configurações estendidas semelhantes a multipolos com novas topologias cada vez mais complexas e controladas por múltiplas ordens topológicas, além do limite dos skyrmions normais.
Além disso, os pesquisadores apresentam a geração experimental e o controle flexível de uma grande variedade de estados topológicos sob demanda por uma técnica fotônica. Além disso, os skyrmions padrão são geralmente produzidos por materiais estruturados exóticos, como magnetismo quiral e sistemas plasmônicos.
Eles mostram que seu novo alfabeto de quasipartículas pode ser construído a partir de lentes GRIN simples, proporcionando implementação imediata e ampla, e em sistemas mais compactos.
Além disso, as quasipartículas fotônicas nas lentes GRIN podem ser acopladas a sistemas ópticos de espaço livre, realizando um transporte de longo alcance de topologias controladas.
Com base nesta vantagem, a equipe propõe um protocolo prático de transferência de informações baseado em quasipartículas de criptografia de ultra-capacidade, onde os múltiplos números topológicos de quasipartículas diversificadas são usados para codificar e transferir informações com topologias robustas contra perturbações ambientais.
Além disso, a capacidade e os canais neste esquema podem ser estendidos de forma flexível, organizando o conjunto de lentes/quasipartículas GRIN, superando os métodos atuais de comunicação óptica.
"Acreditamos que este trabalho é um marco. Como skyrmions ou quasipartículas em ímãs já levantaram a revolução do armazenamento estável de dados de ultracapacidade, nosso trabalho começa a enfrentar o desafio e a abrir uma nova direção de pesquisa em informática baseada em skyrmion, de armazenamento estável a transporte dinâmico. Nosso método oferece soluções integradas e programáveis de texturas complexas de partículas, com impactos em sistemas fotônicos e de matéria condensada geral para revolucionar a informática topológica e dispositivos lógicos ", disseram os cientistas.
