Хопфионы сделаны как световые "кирпичики" :парадокс новых кристаллов.

Сингапурские и японские физики показали, как управлять хопфионами с помощью двухцветных лучей

Международная группа учёных из Сингапура и Японии предложила революционный метод создания экзотических световых структур — «кристаллов хопфионов», которые повторяются одновременно в пространстве и времени. Исследование открывает новые перспективы для развития фотоники и топологической обработки информации.

Что такое хопфионы

Хопфионы представляют собой трёхмерные топологические образования, в которых внутренние «спиновые» паттерны переплетаются в замкнутые петли. До сих пор их удавалось получать в основном как изолированные объекты в магнитах или световых полях. Авторы работы впервые описали способ собирать их в регулярные решётки, по аналогии с атомами в кристалле, но с уникальной особенностью — структура повторяется и во времени.

Роль двухцветного света

Ключевым элементом метода стало бихроматическое световое поле — комбинация лучей двух разных цветов, наложенных с противоположной поляризацией. Такая схема создаёт управляемый «псевдоспин», который пульсирует с фиксированным ритмом. При простом соотношении длин волн формируется цепочка хопфионов, повторяющаяся в каждом временном цикле. Более того, исследователи показали, что можно регулировать степень закручивания внутренних петель и даже менять знак их топологии, просто меняя порядок длин волн.

Кристаллы нового типа

Учёные предлагают пути создания настоящих трёхмерных хопфионных решёток. В модели используются решётки излучателей — дипольные системы, микроволновые антенны или оптические массивы, настроенные на два близких цвета. В результате формируется чередующаяся пространственно-временная структура с противоположными топологиями в соседних субъячейках, но с сохранением общего кристаллического рисунка.

Почему это важно

Топологические текстуры уже зарекомендовали себя как инструмент для сверхплотного хранения данных и устойчивой маршрутизации сигналов. Добавление хопфионных кристаллов в арсенал фотоники открывает новые горизонты: многомерное кодирование информации, защищённая связь, манипуляции с атомами и новые режимы взаимодействия света и материи. По словам авторов, появление таких пространственно-временных структур может стать фундаментом для сжатой и надёжной топологической обработки сигналов в оптическом, терагерцовом и микроволновом диапазонах.