新的准晶体设计方法理论上允许存在任何类型的涡旋。来源：Kristian Arjas/Aalto University

现代生活越来越依赖信息的编码与传递，其中，激光编码通过光缆发送数据是一种常用手段。但随着信息量的不断增长，我们急需找到更高效的信息编码方式。

阿尔托大学应用物理系的研究团队带来了一个令人兴奋的新发现：他们创造了一种微小的光漩涡，这种漩涡能够携带信息。这一成果是如何实现的呢？简单来说，研究团队利用金属纳米颗粒与电场的相互作用，设计出了能够产生光漩涡的结构。这种结构呈现出一种被称为准晶体的几何形状，由博士研究员Kristian Arjas构思，并由博士研究员Jani Taskinen成功实验验证，他们都来自P?ivi T?rm?教授的量子动力学小组。

这种光漩涡看起来就像是在一束光中形成的微型飓风，它有一个平静而黑暗的中心，周围被一圈明亮的光所环绕。就像飓风眼是平静的，因为周围的风向不同方向吹拂一样，光漩涡的中心之所以黑暗，是因为明亮的光在光束的不同侧面指向了不同方向的电场。

在物理学研究中，人们早已发现产生漩涡的结构的对称性与漩涡的类型之间存在关联。例如，如果纳米级的粒子排列成正方形，那么产生的光就会形成一个单一的漩涡；如果排列成六边形，就会产生双涡。以此类推，更复杂的漩涡至少需要八角形等更复杂的结构来支持。然而，Arjas、Taskinen和他们的团队找到了一种新的创造几何形状的方法，这种形状在理论上可以支持任何一种涡旋。

T?rm?教授解释说：“这项研究主要是探讨涡旋的对称性和旋转性之间的关系，即我们可以用什么样的对称性来产生什么样的涡旋。我们的准晶体设计巧妙地介于有序和混乱之间，这为信息编码和传递提供了一种全新的可能性?！?/span>

这项研究成果发表在《自然通讯》杂志上，标志着物理学在信息编码领域迈出了重要的一步。未来，这种基于光漩涡的信息编码方式或许会成为我们传递信息的新手段，为现代生活带来更多便利。

等离子体准晶体模式下的高拓扑电荷激光。来源：《自然通讯》（Nature Communications）， 2024年出版。DOI: 10.1038/s41467-024-53952-5

探索信息传输的新边界上，阿尔托大学的研究小组取得了一项令人瞩目的进展。他们通过精细地操纵10万个微小的金属纳米粒子，每个粒子的大小仅相当于人类头发直径的百分之一，成功创造出了一种独特的设计。这项设计的核心在于精准地找到那些与期望电场相互作用最小的位置，而非最大的位置。

电场中存在着高振动的热点和几乎无电活动的区域。据Taskinen介绍，他们巧妙地将纳米粒子放置在电场的“死点”上，这些位置电场活动微弱，从而使得他们能够专注于利用电场中最具潜力的区域。这一发现不仅为光拓扑这一活跃的研究领域开辟了新的探索方向，还预示着在光通信领域传输信息的一种强大新方式。

Arjas形象地解释了这一技术的潜在应用：“想象一下，我们能够通过光纤电缆发送这些光漩涡，并在接收端轻松地将它们打开。这将彻底改变我们的信息存储和传输方式。我们有望在更小的空间内存储更多的信息，同时一次性传输的信息量将是现在的8到16倍?！闭庖焕止鄣脑げ饣诘鼻凹际醯男阅芴嵘?，并展示了新技术在信息密度和传输效率上的巨大潜力。

然而，将这一设计从实验室推向实际应用还需要一定的时间。尽管研究团队已经取得了显著的成果，但实现技术的实际应用和可扩展性仍需要数年的工程努力。在这个过程中，阿尔托大学的量子动力学小组并未停歇，他们正在积极探索超导性和改进有机LED等领域，以进一步推动技术的边界。

在这项研究中，研究小组充分利用了OtaNano的纳米、微和量子技术研究基础设施，这为他们的实验提供了必要的支持和保障。通过这一平台，他们得以深入探索纳米粒子的奇妙世界，并发现了光漩涡这一潜力无限的信息传输方式。