Физики создали кристалл из 13-сторонней плитки «эйнштейн», изгибающий свет в узор вертушки
Материал подготовлен искусственным интеллектом на основе нескольких источников — ссылки на оригиналы приведены ниже.
Физики из Токийского университета изготовили фотонный кристалл на основе 13-сторонней плитки «шляпа» — фигуры, бесконечно покрывающей плоскость без повторений. Согласно статье в Nature Communications, кристалл рассеивает лазерный свет в виде вращающегося узора, который меняется в зависимости от направления поляризации. Наноструктура создана травлением сотен тысяч отверстий радиусом 100 нм в пленке нитрида кремния.
Происхождение плитки «шляпа»
Математики десятилетиями искали единую фигуру — «эйнштейн» — способную покрыть поверхность апериодическим узором. В 1970-х Роджер Пенроуз показал, что это возможно с помощью двух фигур, но решение с одной оставалось недостижимым. В 2023 году энтузиаст геометрии Дэвид Смит обнаружил 13-сторонний многоугольник, названный плиткой «шляпа», который решил проблему эйнштейна. Плитка бесконечно замощает плоскость без повторяющихся фрагментов благодаря апериодическому порядку.
Изготовление кристалла
Юто Моритаке, физик-экспериментатор из Токийского университета, узнал о плитке «шляпа» из научно-популярной книги в 2024 году и решил использовать её в фотонном кристалле. С помощью электронно-лучевой литографии и травления его группа создала сотни тысяч отверстий радиусом 100 нм в плёнке нитрида кремния. Отверстия повторяли апериодический узор плитки на чипе шириной около полумиллиметра. Нитрид кремния широко применяется в компьютерных чипах, обеспечивая прочную основу.
Эксперимент по рассеянию света
Когда исследователи направили лазер на чип, свет дифрагировал в узор из ярких пятен в форме вертушки — так называемых брэгговских пиков. Пятна оставались на месте независимо от точки падения луча, подтверждая дальний апериодический порядок. Дифракционная картина также зависела от круговой поляризации лазера: вращение по часовой стрелке давало иной узор, чем против часовой. Моритаке сначала запечатлел явление на смартфон в режиме длинной выдержки, затем провёл точные измерения камерами.
Что дальше
Сейчас группа Моритаке изучает возможность адаптации структуры для управления лучом или оптического зондирования. Остаётся неясным, сможет ли апериодический фотонный кристалл превзойти обычные периодические кристаллы в практических устройствах.
1 источник
Физики создали кристалл из 13-сторонней плитки «эйнштейн», изгибающий свет в узор вертушки
