Новый лазер с метаслойной поверхностью создает первый в мире сверххиральный свет. Это свет со сверхвысоким угловым моментом. Он может использоваться как тип «оптического гаечного ключа» или для кодирования информации в оптических коммуникациях. 

Поскольку свет может нести момент импульса, это означает, что он может быть передан веществу. Чем больше момент импульса несет свет, тем больше он может передать. Вместо того, чтобы использовать физический гаечный ключ для закручивания вещей (например, завинчивание гаек), теперь можно зажечь свет на гайке, и она затянется сама.

Новый лазер генерирует новый «скрученный свет» высокой чистоты, который ранее не наблюдался от лазеров, включая самый высокий момент импульса, сообщаемый устройством. Одновременно исследователи разработали наноструктурированную метаповерхность, которая имеет самый большой из когда-либо созданных фазовых градиентов и позволяет работать в условиях высокой мощности в компактной конструкции. Это первый в мире лазер для создания экзотических состояний скрученного структурированного света по требованию.

Этот новый лазер пригоден для создания любого желаемого хирального состояния света с полным контролем обоих компонентов света углового момента (УM), спина (поляризации) и орбитального момента импульса (ОМИ) света.

Конструкция лазера стала возможной благодаря полному управлению, предлагаемому новой лазерной метаповерхностью нанометрового размера (в 1000 раз меньшей ширины человеческого волоса), разработанной Гарвардской группой. Метаповерхность состоит из множества крошечных стержней из наноматериала, которые изменяют свет при прохождении. Свет проходит через поверхность много раз, каждый раз получая новый поворот. Результатом является генерация новых форм хирального света, не наблюдаемых в лазерах до настоящего времени, и полный контроль хиральности света в источнике.

«Что делает его особенным, так это то, что для света материал обладает свойствами, которые невозможно найти в природе, и поэтому его называют метаматериалом — вымышленным материалом. В настоящее время существует сильное стремление контролировать хиральную материю с помощью скрученного света, и для того, чтобы это работало, вам нужен свет с очень высокой закрученностью — суперхиральный свет». 

Эндрю Форбс, Школа физики в университете Витватерсранда в Йоханнесбурге, Южная Африка 

Различные отрасли и области исследований нуждаются в сверххиральном свете для улучшения своих процессов, в том числе в пищевой, компьютерной и биомедицинской отраслях. Можно использовать этот тип света для оптического привода, когда физические механические системы не будут работать, например, в микрожидкостных системах для управления потоком. Скрученный свет используется, чтобы приводить в движение микро-механизмы, чтобы приводить в движение поток, и имитировать центрифуги со светом.

Хиральность — это термин, часто используемый в химии для описания соединений, которые встречаются как зеркальные отражения друг друга. Эти соединения имеют «направленность» и могут рассматриваться как правосторонние или левосторонние. Например, ароматизаторы лимона и апельсина представляют собой одно и то же химическое соединение, но отличаются только их «протяженностью». Свет также является хиральным, но имеет две формы: спин (поляризацию) и орбитальный момент импульса. Спин похож на планеты, вращающиеся вокруг своей оси, в то время как орбитальный момент импульса похож на планеты, вращающиеся вокруг Солнца.

«Контроль хиральности света в источнике является сложной задачей и очень актуальной из-за множества приложений, которые требуют его, от оптического контроля хиральной материи до метрологии и связи. Полный хиральный контроль подразумевает контроль полного углового момента света, поляризации и орбитального момента импульса». 

Эндрю Форбс, Школа физики в университете Витватерсранда в Йоханнесбурге, Южная Африка 

Из-за конструктивных ограничений и препятствий реализации к настоящему времени было получено только очень небольшое подмножество хиральных состояний. Изобретенные схемы были разработаны для управления спиральностью (комбинацией вращения и линейного движения) пучков орбитального момента импульса, но они также остаются ограниченными этим симметричным набором мод. До сих пор было невозможно записать какое-либо желаемое хиральное состояние света и получить его с помощью лазера.

Лазер использовал метаповерхность, чтобы наполнить свет сверхвысоким угловым моментом, придав ему беспрецедентный «поворот» в своей фазе, одновременно контролируя поляризацию. Посредством произвольного управления угловым моментом стандартная спин-орбитальная симметрия может быть нарушена, чтобы первый лазер обеспечивал полное управление угловым моментом света в источнике.

Метаповерхность была построена из тщательно созданных наноструктур для получения желаемого эффекта и является самой экстремальной (высокоуровневой и технологичной) структурой орбитального момента импульса, которая была изготовлена ​​на сегодняшний день, с самым высоким из всех зарегистрированных фазовых градиентов. Нанометровое разрешение метаповерхности сделало возможным создание высококачественного вихря с низкими потерями и высоким порогом повреждения, что делает возможным использование лазера.

В результате был получен лазер, который мог воздействовать на состояния орбитального момента импульса 10 и 100 одновременно для самого высокого зарегистрированного углового момента от лазера на сегодняшний день. В особом случае, когда метаповерхность настроена на создание симметричных состояний, лазер затем генерирует все предшествующие состояния орбитального момента импульса, сообщаемые от нестандартных структурированных световых лазеров.

Стеклянная капля принца Руперта разбивает летящие пули вдребезги (фото+видео)

Ютьюберы провели эксперимент, в котором в упор стреляли в каплю из огнестрельного оружия малого калибра. Они использовали камеру со скоростью съемки в 15 000 кадров в секунду, чтобы разглядеть процесс в деталях. Оказалось, что пуля бессильна перед каплей Руперта, однако иногда провоцирует ее детонацию с последующим мгновенным разрушением. 

Особенность капли Руперта в том, что при застывании в ней создается колоссальное поверхностное натяжение, которое столь сильно, что кинетическая сила пули не способна его преодолеть. Более того, эксперимент со стрельбой показал, что пуля буквально разваливается на фрагменты при столкновении, тогда как капля остается условно целой. Но недолго – через считанные доли секунд разрушается и сама капля. 

Причина в том, что вибрации от столкновения с пулей распространяются по поверхности капли и достигают ее хрупкого хвоста. Сломавшись, он высвобождает накопленную энергию, которая буквально взрывает казавшуюся такой прочной каплю.

Ученые нашли разгадку редкого феномена «ледяных волос» (фото+видео)

Долгое время считалось, что это просто еще одна, очень сложная форма замерзшей воды, пока в 2015-ом ученые не открыли то, что они назвали «ингибитором рекристаллизации». Его источник – гриб Exidiopsis effusa, который поселяется на мертвых или умирающих деревьях. Именно активность гриба и формирует тонкие ледяные нити, но как это происходит? 

Строго говоря, точный механизм неизвестен до сих пор. Прежде считалось, что замерзающее дерево выпускает сок, который и замерзает нитями, но теперь установлено, что это гриб разрушает древесину, а выступающая на поверхность жидкость – побочный продукт. Соприкасаясь с холодным воздухом, она замерзает кристаллом льда, но так как снизу давит поток, то кристаллы нагромождаются друг на друга, выстраиваясь в нить. Ее толщина всего 0,01 мм при длине до 20 см, но почему эти тонкие и хрупкие конструкции не ломаются?

Оказалось, что помимо воды гриб извлекает из целлюлозы и выбрасывает наружу лингин и танин. При контакте с водой на морозе они становятся чем-то вроде клея, который укрепляет нити. И они же, вероятно, мешают образоваться крупным фрагментам льда, заставляя нити расти обособленно, не смешиваясь. Теперь ученым предстоит проверить свою гипотезу наблюдениями в живой природе.