영국의 연구자들은 보스-아인슈타인 응축물(BEC)이라고 불리는 이국적인 물질 상태에서 초저온 원자를 조작하기 위해 "뒤틀린 빛"이 어떻게 사용될 수 있는지 보여주는 계산을 수행했습니다. 이론적 모델을 사용하여, 그랜트 헨더슨 영국 Strathclyde 대학의 동료들은 코르크 마개 모양의 빛 파면과 BEC 사이의 상호 작용을 통해 가벼운 물질 솔리톤이 생성될 수 있음을 발견했습니다.
BEC는 동일한 원자로 구성된 가스가 절대 영도에 가깝게 냉각되는 특이한 물질 상태입니다. 이로 인해 원자의 상당 부분이 가장 낮은 양자 상태로 이동하며, 이것이 발생하면 가스의 물리학은 거시적 파동 함수로 정의됩니다.
BEC의 특히 흥미로운 특징 중 하나는 이동하면서 모양을 유지하는 파동 패킷인 솔리톤입니다. 솔리톤은 또한 유체역학, 강유전성 물질, 초전도체 등 다양한 분야에서 발견됩니다.
공간적 광학 솔리톤은 매질 내 빛의 회절이 셀프 포커싱을 통해 조심스럽게 균형을 이룰 때 발생합니다. 셀프 포커싱은 빛 자체가 매체의 광학적 특성을 변경하는 비선형 효과입니다.
꼬인 쌍극자
연구에서 Henderson 팀은 보다 복잡한 시나리오를 탐색했습니다. 가우스 강도 분포를 갖는 기존의 레이저 빔 대신에 그들은 "뒤틀린" 빛을 고려했습니다. 이것은 코르크 따개처럼 이동 축을 중심으로 비틀어지는 파면을 가진 빛입니다. 이 광선은 궤도 각운동량을 전달하는데, 이는 매체에서 만나는 원자 규모의 전기 쌍극자를 회전시킬 수 있음을 의미합니다.
연구팀은 뒤틀린 빛의 광선이 빛과 같은 방향으로 움직이는 BEC의 원자와 상호 작용할 때 어떤 일이 일어날지 계산했습니다. 그들은 자기 초점 효과로 인해 뒤틀린 빛이 솔리톤으로 조각화될 것이라고 예측했습니다. BEC의 원자는 고강도 빛에 끌리기 때문에 원자는 광학 솔리톤에 의해 "포획"됩니다. 그 결과 결합된 광-원자 파동 패킷이 생성됩니다.
보스-아인슈타인 응축액에서 빛이 한 방향으로 갈라집니다.
이 패킷의 원자는 전파되면서 비틀리며, 팀은 생성된 패킷의 수가 뒤틀린 빛의 궤도 각 운동량의 두 배와 같다는 것을 발견했습니다. 예를 들어, 위 그림은 궤도 각 운동량이 XNUMX인 빛이 BEC와 상호 작용할 때 발생하는 XNUMX개의 솔리톤 생성을 보여줍니다.
이번 발견은 이국적인 물질을 복잡한 모양으로 조각하고 BEC 원자의 이동을 주의 깊게 제어하는 간단하고 새로운 기술을 제시합니다. Henderson과 동료들은 이제 이 효과가 초고감도 검출기 및 중성 원자를 사용하여 전류를 전달하는 회로를 포함한 새로운 양자 기술에 활용될 수 있다고 제안합니다.
연구는 다음에 설명되어 있습니다. 피지컬 리뷰 레터스 (Physical Review Letters).
