|
Новый поворот в решении проблемы Эйнштейна
|
|
|
|
Форма, привлекшая всеобщее внимание благодаря решению математической загадки, существовавшей десятилетиями, вновь оказалась в центре внимания. Хотя свойства этой формы позволили решить предыдущие загадки, о других связанных с ней свойствах известно немного, что открывает возможности для дальнейших открытий. Эти неизученные свойства также могут помочь в решении новых физических загадок, например, как преобразовать свет в поразительные хиральные узоры.
|
|
|
|
В статье, опубликованной в журнале Nature Communications, исследователи из Института промышленных наук Токийского университета и сотрудничающих учреждений создали оптические структуры на основе «шляпы Смита» — необычной формы, которая решает так называемую проблему Эйнштейна в математике. Направляя лазерный свет на эти структуры, команда обнаружила дифракционные явления, ранее не наблюдавшиеся в обычных квазикристаллах.
|
|
|
|
Давно существующая проблема Эйнштейна заключается в том, можно ли использовать одну форму плитки, или «монотиль», для покрытия всей поверхности неповторяющимся узором. В то время как периодические мозаики, такие как соты или шахматная доска, повторяются регулярно, апериодическая монолитная структура может покрывать всё пространство, никогда не образуя повторяющегося узора. В 2023 году была обнаружена первая такая монолитная структура — «шляпа Смита», что вызвало широкий интерес в научном сообществе.
|
|
|
|
|
|
|
«Что особенно интересно в этой «шляпной» структуре, так это то, что, хотя полученный узор на первый взгляд кажется нерегулярным, на самом деле он построен из сотовой решетки», — говорит ведущий автор Юто Моритаке. «Мы хотели посмотреть, может ли эта уникальная форма также порождать какие-либо неожиданные физические явления».
|
|
|
|
Свет выявляет скрытую хиральность
|
|
|
|
Для экспериментального изучения этих явлений исследователи создали наноразмерные узоры на пленках нитрида кремния с помощью электронно-лучевой литографии. Когда лазерный свет освещал структуры, команда наблюдала характерные узоры, похожие на вертушку, непосредственно выявляющие хиральную природу апериодической структуры.
|
|
|
|
«Мы обнаружили, что сами дифракционные картины становятся хиральными, потому что структура не обладает зеркальной симметрией», — объясняет старший автор Масая Нотоми. «Этот тип оптического отклика принципиально отличается от того, что наблюдается в обычных квазикристаллических материалах».
|
|
Изменение оптического отклика в зависимости от симметрии
|
|
|
|
Эксперименты также показали, что дифракционная картина изменяется в зависимости от направления и поляризации падающего света. Структуры, зеркально отраженные в реальном пространстве, вызывали соответствующие изменения оптического поведения, демонстрируя новую форму оптического отклика, контролируемого симметрией.
|
|
|
|
«Эти результаты открывают новое направление исследований по слиянию квазипериодического порядка и хиральности», — отмечает Моритаке. «Монотильные структуры предоставляют платформу для изучения оптических явлений, возникающих в результате взаимодействия симметрии, хиральности и апериодичности».
|
|
|
|
Команда надеется, что структуры, вдохновленные монотильными структурами, внесут вклад в технологии, связанные с манипулированием светом, управлением поляризацией и передовыми оптическими устройствами. В более широком смысле, результаты исследования показывают, как абстрактное математическое открытие может неожиданно привести к совершенно новым физическим явлениям.
|
|
|
|
Источник
|
