Optik ve fotonikte topoloji, elektromanyetik alanlardaki tekilliklerin dikkate alındığı 1890’dan beri sıcak bir konu olmuştur. Yoğun madde fiziğinde topoloji gelişmeleri için verilen Nobel ödülü, fotonikte yoğun madde parçacık benzeri topolojik yapıların uygulanmasındaki en son gelişmelerle optikte topolojisinde bir artışa yol açtı.
Her geçen gün fizik ilmi daha karmaşık hale gelse de bu karmaşıklığı daha anlaşılır kılmak zorundayız. Bu sebeple mümkün olduğunca konuyu sadeleştirerek aktarmaya çalışacağız.
Topoloji Kısaca
Matematikte, topoloji gerilme, bükülme, buruşma ve bükülme gibi sürekli deformasyonlar altında korunan geometrik bir nesnenin özellikleri ile ilgilidir. Yani delik kapatmadan, delik açmadan, yırtmadan, yapıştırmadan veya kendi içinden geçmeden diyebiliriz.
Son zamanlarda, topolojik fotonik, özellikle topolojik elektromanyetik sinyaller, önemsiz dalga-madde etkileşimleri için umut vaat ediyor.
Bilgi ve enerji transferi için ileride olağanüstü kolaylıklar sağlayabilir. Bununla birlikte, bugüne kadar ultra hızlı geçici elektromanyetik sinyallerin topolojisi büyük ölçüde keşfedilmemişti.
Skyrmionlar Kısaca
Parçacık teorisinde belirli bir doğrusal olmayan modeli sınıfının topolojik olarak kararlı bir alan konfigürasyonudur. İlk olarak 1961’de Tony Skyrme tarafından bir nükleon modeli olarak önerildi.
1962’de Tony Skyrme tarafından nükleonun birleşik bir modeli olarak önerilen sofistike topolojik parçacıklar Skyrmionlardır.
Bunlar muhteşem dokulara sahip nano ölçekli manyetik girdaplar gibi davranır.
Pion alanında bir topolojik soliton olarak, nükleonun çok sayıda düşük enerjili özelliklerini, makul bir doğrulukla, basitçe nükleon yarıçapını sabitleyerek modelleyebilme gibi olağanüstü bir özelliğe sahiptir. O zamandan beri katı hal fiziğinde uygulama bulmuştur ve sicim teorisinin belirli alanlarıyla bağları vardır.
Yazımıza tekrar dönersek;
Fizikçiler, topolojik karmaşıklığın sürekli olarak kontrol edilebildiği Maxwell denkleminin toroidal topolojiyle, yani süpertoroidal topolojiyle tam çözümleri olan yeni bir elektromanyetik sinyal ailesi bildirmekteler.
Toroid Nedir?
Matematikte bir toroid, ortasında bir delik bulunan bir simit benzeri bir yapıdır. Dönme ekseni delikten geçer ve bu nedenle yüzeyi kesmez. Örneğin, bir dikdörtgen, kenarlarından birine paralel bir eksen etrafında döndürüldüğünde, içi boş bir dikdörtgen kesitli halka üretilir. Döndürülen şekil bir daire ise, nesneye torus denir.
Toroid terimi ayrıca bir toroidal polihedronu tanımlamak için kullanılır. Bu bağlamda, bir toroidin dairesel olması gerekmez ve herhangi bir sayıda deliğe sahip olabilir.
Torus, bir çörek yüzeyi olan bir toroidin bir örneğidir. Donutlar, bir diskin döndürülmesiyle oluşturulan katı bir simit örneğidir ve toroidlerle karıştırılmamalıdır.
Yazımıza tekrar dönersek;
Bu tür süpertoroidal sinyallerdeki elektromanyetik alanlar, serbest uzayda ışık hızıyla yayılırken skyrmiyonik yapılara sahiptir.
Kiral mıknatıslar ve sıvı kristaller de dahil olmak üzere birçok yoğun madde sisteminde, bilgi depolama ve aktarma için büyük önem gösteren önemsiz uyarılar olarak geniş çapta çalışılmıştır. Skyrmionlar uçabiliyorsa, gelecek nesil bilişim devrimi için sonsuz olasılıklar yer açılabilir.
Proje yöneticisi Prof. Nikolay Zheludev, “Bu, yayılan skyrmionların bilinen ilk örnekleridir,” diyor.
Katılarda spin oluşumları olarak daha önce gözlemlenen temel topolojik yapılar ve metamalzeme modellerinin yakın alanında lokalize elektromanyetik uyarımlar olarak ortaya çıkmışlardır.
Süper toroidal sinyal, vektör tekilliklerine ve yayılmayan anapol uyarımlarına bağlantılara sahip, uzay-zaman ayrılamaz yapıya sahip toroidal tek döngülü bir sinyal olan “Uçan Çörek” olarak adlandırılanın bir genellemesi gibidir.
Süper toroidal sinyal matruşka benzeri tekil kabuklarla elektromanyetik alan konfigürasyonları mevcuttur.
Skyrmiyonik yapıları karmaşık fraktal benzeri toroidal topolojik yapılara sahiptir.
Topolojik karmaşıklık, sinyal artışlarının süpertoroidal sırasını artırarak kontrol edilebilir.
Bu sonuçlar, topolojik alan konfigürasyonlarının ve dinamiklerinin incelenmesi için bir oyun alanı olarak süpertoroidal sinyalleri ortaya koymaktadır.
Burada sunulan süper toroidal sinyallerin topolojik özellikleri, yapılandırılmış ışık, optik yakalama, ışıkla üretim ve parçacık hızlandırmayı içeren bilgi kodlama/kod çözme şemaları gibi bir dizi alanda uygulamalar bulabilen ek serbestlik dereceleri sağlar.
Araştırmacılar “Skyrmiyonik yapının ultra hızlı yapılandırılmış sinyallerde önerildiğine ve çeşitli dokulara sahip çoklu skyrmiyonik yapının bir süpertoroidal sinyalin anlık elektromanyetik alanında var olduğuna inanıyoruz.
Bu tür fotonik skyrmiyonik yapılar, merak uyandıran keskin uzaysal özelliklerden yararlanarak, yüksek hassasiyetli metroloji ve süper çözünürlüklü görüntülemede potansiyel uygulamalar” barındırmaktadır.
Bu çalışma, ışık-madde etkileşimi, ultra hızlı optik ve süpertoroidal ışık sinyalleri ile topolojik optik ve bunların süper çözünürlüklü metroloji ve görüntüleme, bilgi ve enerji transferindeki uygulamaları için birçok ilgi çekici fırsat sunuyor.
Kaynak: phys
