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.
1 источник
Время · отставание