Ülikiire andmeülekande võti - valgusorkaanid

Kvaasikristallide abil saab valgust põhimõtteliselt mistahes pöörisesse keerata. Foto: Kristian Arjas / Aalto University.

Soome Aalto ülikooli teadlased on avastanud meetodi, kuidas luua valguse pööriseid ehk keeriseid, mis võimaldavad edastada rohkem teavet väiksemas ruumis, pakkudes revolutsioonilist lahendust andmeside tulevikuks.

Paljud kaasaegse elu aspektid tuginevad informatsiooni kodeerimisele ja selle edastamisele. Üks levinud meetod on andmete kodeerimine laserkiirgusesse ja saatmine optiliste kaablite kaudu. Kasvav vajadus suurema andmemahu järele sunnib teadlasi leidma aina paremaid lahendusi selle teabe kodeerimiseks.

Aalto ülikooli rakendusfüüsika osakonna teadlased on leidnud uue viisi, kuidas luua valguse pisikesi orkaane ehk valguskeeriseid, mis suudavad edastada informatsiooni. See meetod põhineb metalliliste nanoosakeste manipuleerimisel, mis reageerivad elektriväljale.

Meetod, mis kuulub geomeetiliste kujundite klassi nimega kvaasikristallid, töötati välja doktorant Kristian Arjase poolt ja viidi eksperimentaalselt ellu doktorant Jani Taskineni poolt, kes mõlemad töötavad professor Päivi Törmä kvantdünaamika uurimisrühmas. See avastus on füüsikas oluline edasiminek ning avab võimaluse täiesti uutele teabe edastamise viisidele.

Pool korda ja pool kaost

Valguskeeris meenutab selles kontekstis valguse orkaani silma – keskel asub rahulik ja tume ala, mida ümbritseb eredast valgusest ring. Sarnaselt orkaani silmale on keerise keskpunkt rahulik, sest elektriväli suunab eredat valgust tala eri külgedelt vastassuunas.

Varasemad füüsikauuringud on näidanud, et valguskeeriste tüübid sõltuvad keeriseid tekitava struktuuri sümmeetriast. Näiteks kui nanoskaala osakesed on ruudukujuliselt paigutatud, tekib üksik keeris; kuusnurkne struktuur loob topeltkeerise jne. Keerukamad keerised nõuavad vähemalt kaheksanurkseid kujundeid.

Nüüd avastasid Arjas, Taskinen ja nende meeskond meetodi, kuidas luua geomeetrilisi kujundeid, mis teoreetiliselt toetavad mis tahes tüüpi keeriste teket.

Uurime keerise sümmeetria ja pööratavuse suhet – milliseid keeriseid on võimalik tekitada milliste sümmeetriate abil. Meie kvaasikristalliline kujund on pooleldi korrapärane ja pooleldi kaootiline, selgitas professor Törmä.

Head vibratsioonid

Uuringus manipuleeris teadlaste rühm 100 000 metallilist nanoosakest, mille igaühe suurus on umbes sajandik inimese juuksekarva läbimõõdust. Oluline oli leida üles kohad, kus osakesed reageerivad elektriväljale kõige vähem, mitte kõige rohkem.

Elektriväljal on kõrgema vibratsiooni piirkonnad ja alad, kus see on peaaegu olematu. Paigutasime osakesed just nendesse vaiksetesse punktidesse, mis lülitasid kõik muu välja ja võimaldasid valida välja huvitavaima omadusega välja rakenduste tarbeks, selgitas Taskinen.

Avastus avab uusi uurimissuundi valguse topoloogilise uurimise aktiivses valdkonnas. See kujutab ka varajasi samme võimsaks teabe edastamise viisiks valgust kasutavates valdkondades, sealhulgas telekommunikatsioonis.

Näiteks võiksime neid keeriseid saata mööda optilisi kiudkaableid ja neid sihtpunktis lahti kodeerida. Nii saaksime salvestada informatsiooni palju väiksemasse ruumi ja edastada korraga tunduvalt rohkem andmeid. Optimeeritud hinnanguliselt võiksime edastada kaheksa kuni kuusteist korda rohkem teavet, kui tänased optilised kiud võimaldavad, sõnas Arjas.

Selle disaini praktilised rakendused ja skaleeritavus nõuavad aastatepikkust inseneritööd. Aalto kvantdünaamika rühmal on aga käed tööd täis uuringutega ülijuhtivuse ja orgaaniliste valgusdioodide (organic light-emitting diode, OLED) täiustamise vallas.

Allikas: Phys Org ja Aalto University