Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Иллюстрация University of Rochester
Лента Мёбиуса - трехмерная структура всего с одной стороной. Иллюстрация Martin Green

Поляризацию света закрутили в ленту Мёбиуса

Ключевые слова:  Лента Мёбиуса, Поляризация света, Физика

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

01 февраля 2015

Каждый школьник на уроке геометрии слышал про ленту Мёбиуса, многие конструировали её у себя дома из бумаги, ножниц и клея. Это одно из чудес науки, которое легко воспроизвести и доказать при помощи подручных предметов, но физики решили пойти дальше: международная команда учёных собралась, чтобы "закрутить" в ленту Мёбиуса поляризацию света.

"Оптическая поляризация ― один из немногих примеров существования ленты Мёбиуса в природе, а не в классе геометрии", — поясняет ведущий автор исследования Роберт Бойд (Robert Boyd), физик из университета Рочестера.

Эксперимент по изготовлению ленты Мёбиуса из поляризации света представляет огромный интерес не только для специалистов, изучающих фундаментальное понимание оптической поляризации, но и для инженеров, занимающихся созданием сложных структур в микро- и наномасштабах.

Как поясняют учёные в пресс-релизе, свет является электромагнитной волной, а значит, он обладает поляризацией ― направление, в котором электрическая составляющая поля колеблется (обычно обозначается вектором, конец которого описывает некоторую кривую).

Знания о понятии поляризации света широко применяется в современной фундаментальной науке и высоких технологиях.

Известно, что поляризация солнечных лучей разнонаправлена в случайном порядке (векторы хаотично указывают в разные стороны и соответствующим образом двигаются), и ориентация электрического поля одного луча не зависит от соседнего и всех остальных. Однако, когда свет отражается от каких-либо однородных поверхностей или объектов, например, воды, стекла или поверхности асфальта, он приобретает определённую поляризацию.

Используя эти знания, инженеры-оптики научились делать поляризованные очки, которые способны блокировать свет с определённым направлением поляризации и уменьшать таким образом количество ослепляющих бликов.

В своём новом эксперименте Бойд и его коллеги использовали особый вид светового луча — сфокусированный лазерный, так называемый структурированный свет (structured light). Структурированный свет имеет специфическое распределение поляризации и интенсивности в световом пучке. Следовательно, электромагнитное поле осциллирует по-разному для разных частей пучка, и не всегда под прямым углом к направлению движения света, как это было бы в случае со стандартным лазерным лучом.

В высокоструктурированном пучке компоненты электрического поля могут меняться во всех трёх измерениях, что и нужно для построения ленты Мёбиуса. Физики, скомпоновав лазерные лучи с разными характеристиками, заставили их взаимодействовать друг с другом. Кроме того, учёные использовали особые оптические инструменты (например, жидкокристаллические линзы) для перенаправления и изменения характеристик света.

В результате у них получился световой луч, поляризация которого менялась в зависимости от ширины. В центре пучка он имел круговую поляризацию, а ближе к краям ― линейно поляризован (с различным направлением вектора поляризации). Подключив ещё одну линзу, физики добавили системе третье измерение и получили ленту Мёбиуса из поляризации шириной всего 200-250 микрометров.

Световые ленты Мёбиуса продемонстрировали, как электрическое поле сориентировано в каждом положении круговой траектории, относительно оси лазерного луча.

В зависимости от свойств лазерных лучей, исследователи наблюдали ленты Мёбиуса с 3 или 5 полувитками.

Работа Бойда и его коллег, по сути, показала, что теория Исаака Фройнда (Isaac Freund) из университета Бар-Илан в Израиле, выдвинутая в 2005 году, является практически реализуемой. Теоретик показал, что манипуляции с двумя лазерными лучами могут привести к тому, что ось, относительно которой колеблется их суммарное электрическое поле (тот самый вектор поляризации), будет описывать ленту Мёбиуса. Ранее учёные считали, что имеют лишь математическое описание, но никогда не получат его физическое воплощение.

Бойд пояснил в статье журнала Science, что методика, которую он использовал в своём эксперименте, имеет большие перспективы для исследований структур других видов световых пучков, для создания метаматериалов с невероятными свойствами и необычных оптических устройств.


Источник: Вести.Наука



Комментарии
Палии Наталия Алексеевна, 14 февраля 2015 20:56 

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

На грани невозможного
На грани невозможного

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.