Valon spinin pyörittelyä

Monet nykyajan läpimurrot valon tieteellisessä tutkimuksessa harkitsevat valon rajaamista alueille, jotka ovat paljon pienempiä kuin ihmisen hiuksen paksuus.

Tällaisissa pienissä tilavuuksissa – usein mitattuna kymmenissä nanometreissä – valoa voidaan muokata sen kulkeman materiaalin tyypin ja geometrian perusteella.

Tässä suhteessa tärkeä valon ominaisuus on sen polarisaatio, joka määrittää, miten sähkökenttä värähtelee valon kulkiessa. Lineaarisesti polarisoidussa valossa sähkökenttä värähtelee edestakaisin kiinteään suuntaan, kuten köysi, kun sitä ravistellaan ylös ja alas.

Ympyräpolarisaatiossa sähkökenttä pyörii valon kulkiessa, mikä johtaa kierukkamaiseen kuvioon.

Valon ympyräpolarisaatiota kutsutaan myös sen "spiniksi", ja spin-ominaisuutta voidaan käyttää informaation koodaamiseen ja siirtämiseen sekä valon etenemisen ohjaamiseen nanomittakaavan rakenteissa.

Nanoskaalan spin-valon tuottaminen on kuitenkin haasteellista, koska materiaalin muoto usein määrää polarisaation. Esimerkiksi radioantennin tavoin pitkänomainen nanorakenne tuottaa valoa, joka on polarisoitunut pitkänomaisen akselinsa suuntaisesti halutun pyörivän valon sijaan.

Tätä taustaa vasten Tokion tiedeyliopiston tutkijat ovat yhteistyössä Japanin molekyylitieteen instituutin kanssa löytäneet keinon kiertää tämä rajoitus.

Fysiikan laitoksen professori Mark Sadgroven johtama ryhmä osoitti, että noin 150 nanometriä pitkän kultaisen nanotangon osuminen epäkeskisellä elektronisuihkulla saa ympäröivän valon ottamaan kiertävän hahmon.

Osoittamalla, että epäkeskinen viritys voi tuottaa pyörivää valoa jopa yksinkertaisessa nanorakenteessa, tutkimus tarjoaa suoraviivaisemman tavan hallita valon spiniä, jopa yksittäisille valohiukkasille (fotoneille).

Tämä voisi olla erityisen hyödyllistä integroiduissa optisissa piireissä, joissa valon kompakti ja tehokas hallinta on olennaista.

Tulevaisuudessa tämä lähestymistapa voi mahdollistaa uusia tapoja koodata, reitittää ja käsitellä informaatiota valon avulla, mikä tukee kvanttitiedonsiirron ja seuraavan sukupolven fotoniteknologioiden kehitystä.

Aiheesta aiemmin:

Nanorakenteiden ledi tuottaa ympyräpolarisoitua valoa

Kierretyllä valolla siirtyy enemmän dataa

Nanofilamenttien valoaallot pyörivät liikkuessaan