26 января 2020, 12:18

Открыт новый способ генерировать мощные короткие ультрафиолетовые вихри

Волновой фронт импульса с орбитальным угловым моментом

Волновой фронт импульса с орбитальным угловым моментом

Международная группа ученых под руководством профессора Сколтеха Сергея Рыкованова придумала способ генерировать мощные «закрученные» импульсы. Вихри, обнаруженные учеными, помогут в разработке новых материалов. Результаты исследования опубликованы в престижном журнале Nature Communications.

Известно, что электромагнитные волны переносят энергию и импульс и способны оказывать так называемое световое давление. Это было экспериментально продемонстрировано российским физиком Петром Лебедевым еще в 1900 году. Менее известно, что электромагнитные волны способны также переносить угловой момент, то есть могут закручивать объекты. Перенос углового момента (способности к кручению) может происходить двумя способами. Во-первых, это эффект Садовского — появление вращательного момента при облучении вещества эллиптически или циркулярно поляризованной электромагнитной волной. Во-вторых, закручивать вещество могут электромагнитные волны с «вихревой» структурой волновых фронтов или, говоря научным языком, волны с орбитальным угловым моментом. Электромагнитные импульсы видимого или инфракрасного диапазона, обладающие такими свойствами, уже широко используются в телекоммуникациях для увеличения пропускной способности оптоволоконных систем передачи информации. А вот в ультрафиолетовом диапазоне осуществить генерацию мощных импульсов с орбитальным угловым моментом довольно сложно, хотя это открывает новые возможности для исследования и разработки новых материалов на характерных пространственных (десятки нанометров) и временны́х (сотни аттосекунд) масштабах.Подобные визуализации материалов в высоком разрешении используются для изучения и предсказания их свойств.

Ученые из Сколковского института науки и технологий совместно с коллегами из Шанхайского института оптики и точной механики (Китай) и Института Гельмгольца в Йене (Германия) предложили простой способ генерации мощных коротких импульсов ультрафиолетового диапазона с орбитальным угловым моментом.

«Полученные нами в результате математического моделирования импульсы можно назвать ультрафиолетовыми вихрями. Помимо закрученных волновых фронтов, наши импульсы обладают характерным для атомной физики временны́м масштабом — их длительность составляет всего несколько сотен аттосекунд. Для сравнения, электрон делает один "оборот" в атоме водорода как раз за время порядка сотни аттосекунд», — рассказывает профессор Сколтеха Сергей Рыкованов.

Для реалистичного трехмерного моделирования эффекта ультрафиолетовых вихрей были задействованы мощнейшие суперкомпьютеры мира и России, в частности суперкомпьютер «Жорес», установленный в прошлом году в Сколтехе. В настоящее время идет подготовка к экспериментальному поиску вихрей.

Ученые уверены, что генерация мощных аттосекундных ультрафиолетовых вихрей откроет новые пути в исследовании динамики движения электронов в различных материалах и конденсированных средах.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.