現代生活在很大程度上依賴高效率的資訊編碼傳輸。 一種常見的方法是用雷射對資料進行編碼，然後透過光纖電纜發送。 隨著資料容量需求的成長，找到更先進的編碼方法至關重要。阿爾託大學（Aalto University）應用物理系的研究人員開發出一種新方法，可以製造出可以攜帶資訊的微小光”颶風”–旋渦。

這種技術可以操縱與電場相互作用的金屬奈米粒子。 設計基於準晶體幾何結構，由博士研究員克里斯蒂安-阿爾亞斯（Kristian Arjas）構思，博士研究員亞尼-塔斯基寧（Jani Taskinen）實驗實現，他們都是佩維-托爾馬教授量子動力學小組的成員。

這項突破標誌著物理學的重大進展，為數據傳輸的創新方法帶來了希望。

在這種情況下，漩渦就像發生在光束中的颶風，一個平靜而黑暗的中心被一圈明亮的光包圍著。 就像颶風的風眼由於周圍的風向不同而顯得平靜一樣，漩渦的風眼由於亮光的電場指向光束兩側的不同方向而顯得黑暗。

先前的物理學研究已經將渦旋的種類與產生渦旋的結構的對稱性聯繫起來。 例如，如果奈米尺度的粒子排列成正方形，產生的光就只有一個漩渦；六邊形產生雙漩渦，以此類推。 更複雜的漩渦至少需要八邊形。

新的準晶體設計方法理論上可以設計出任何類型的旋渦。 資料來源：Kristian Arjas/阿爾託大學

現在，Arjas、Taskinen 和研究小組找到了一種方法，可以創造出理論上支持任何類型旋渦的幾何形狀。這項研究的重點是漩渦的對稱性和旋轉性之間的關係，也就是說，什麼樣的對稱性能產生什麼樣的漩渦，準晶體設計介於秩序和混亂之間。

在他們的研究中，研究小組操縱了10 萬個金屬奈米粒子，每個粒子的大小約為一根頭髮絲的百分之一，從而創造出獨特的設計。 關鍵在於找到顆粒與所需電場相互作用最小而不是最大的地方。

「電場有高振動的熱點，也有基本上是死點的地方，將粒子引入死點就會關閉其他一切，使我們能夠選擇具有最有趣應用特性的電場，」Taskinen 說道。

這項發現為光拓樸學研究這一非常活躍的領域開闢了豐富的研究前景。 它也代表著在需要光來發送編碼訊息的領域（包括電信）中，一種強大的訊息傳輸方式的初步雛形。

” 例如，我們可以將這些漩渦沿著光纜發送，並在目的地將其拆封。這樣，我們就可以把信息存儲在更小的空間裡，同時傳輸更多的信息。樂觀估計，傳輸的信息量將是我們現在透過光纖傳輸資訊量的8 到16 倍，”Arjas 說。

團隊設計的實際應用和可擴展性可能需要多年的工程設計，阿爾託大學的量子動力學小組在超導研究和改進有機發光二極體方面也非常忙碌。該團隊在他們的開創性研究中使用了用於奈米、微米和量子技術的太田奈米研究基礎設施。

編譯自/ ScitechDaily