Monet modernin yhteiskunnan palvelut, kuten internet, perustuvat tietoliikenteeseen, jossa tietoa koodataan laservaloon ja v\u00e4litet\u00e4\u00e4n sen avulla optisia kaapeleita pitkin. \u00a0Jatkuvasti kasvava tiedonsiirtokapasiteetin tarve asettaa kuitenkin paineita kehitt\u00e4\u00e4 entist\u00e4 tehokkaampia koodausmenetelmi\u00e4.<\/p>\n
Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan laitoksen tutkijat ovat nyt kehitt\u00e4neet uuden menetelm\u00e4n, joka voi merkitt\u00e4v\u00e4sti kasvattaa t\u00e4t\u00e4 optisten kaapeleiden tiedonsiirtokapasiteettia. Menetelm\u00e4 perustuu valon ja s\u00e4hk\u00f6magneettisten kenttien hallintaan niin sanotuissa valohurrikaaneissa eli vortekseissa.<\/p>\n
Professori P\u00e4ivi T\u00f6rm\u00e4n<\/strong> johtaman Quantum Dynamics -tutkimusryhm\u00e4n<\/a> v\u00e4it\u00f6skirjatutkijat Kristian Arjas<\/strong> ja Jani Taskinen<\/strong> ovat kehitt\u00e4neet uuden geometrisen suunnittelumenetelm\u00e4n, joka mahdollistaa pienten valohurrikaanien luomisen. T\u00e4m\u00e4 perustuu s\u00e4hk\u00f6magneettisen kent\u00e4n ja metallisten nanohiukkasten vuorovaikutukseen. ”Kvasikristalleiksi” kutsuttujen rakenteiden avulla voidaan koodata ja v\u00e4litt\u00e4\u00e4 tietoa huomattavasti nykyist\u00e4 tehokkaammin.<\/p>\n Puoliv\u00e4liss\u00e4 j\u00e4rjestyst\u00e4 ja kaaosta<\/p>\n Vorteksi on valos\u00e4teess\u00e4 esiintyv\u00e4 hurrikaanin kaltainen ilmi\u00f6, jossa kirkkaan valon rengas ymp\u00e4r\u00f6i rauhallista ja pime\u00e4\u00e4 keskustaa \u2013 kuin hurrikaanin silm\u00e4\u00e4. T\u00e4m\u00e4 vorteksin silm\u00e4 taas on pime\u00e4, koska kirkkaan valon s\u00e4hk\u00f6kentt\u00e4 osoittaa eri suuntiin s\u00e4teen eri puolilla.<\/p>\n Tutkijat ovat jo aiemmin osoittaneet, ett\u00e4 vorteksien ominaisuudet riippuvat niit\u00e4 tuottavan rakenteen symmetriasta. Esimerkiksi neli\u00f6ihin j\u00e4rjestetyt nanoskaalan hiukkaset tuottavat yhden vorteksin; kuusikulmainen rakenne tuottaa kaksoisvortexin ja niin edelleen. N\u00e4it\u00e4 monimutkaisempien vorteksien tuottaminen vaatii siis v\u00e4hint\u00e4\u00e4n kahdeksankulmaisia rakenteita.<\/p>\n Nyt Arjas ja Taskinen ovat yhdess\u00e4 muun tutkimusryhm\u00e4n kanssa l\u00f6yt\u00e4neet menetelm\u00e4n sellaisten geometristen muotojen luomiseen, jotka voivat teoriassa tuottaa l\u00e4hes mink\u00e4 tahansa tyyppisi\u00e4 vortekseja.<\/p>\n ”T\u00e4ss\u00e4 tutkimuksessa tarkastellaan vorteksin symmetrian ja rotaation v\u00e4list\u00e4 suhdetta, eli mink\u00e4laisia vortekseja voimme tuottaa mink\u00e4laisilla symmetrioilla. Kvasikristallimme on tavallaan puoliksi j\u00e4rjestyst\u00e4 ja puoliksi kaaosta”, professori P\u00e4ivi T\u00f6rm\u00e4 kuvailee.<\/p>\n Hyvi\u00e4 v\u00e4r\u00e4htelyj\u00e4<\/p>\n Tutkimuksessaan ryhm\u00e4 manipuloi 100 000 metallista nanohiukkasta, kukin kooltaan noin sadasosa ihmisen hiuksen paksuudesta, luodakseen t\u00e4m\u00e4n ainutlaatuisen asetelmansa. Keskeist\u00e4 oli l\u00f6yt\u00e4\u00e4 sellaiset asettelut, joissa hiukkasten vuorovaikutus s\u00e4hk\u00f6magneettisen kent\u00e4n kanssa oli mahdollisimman v\u00e4h\u00e4ist\u00e4.<\/p>\n \u201cS\u00e4hk\u00f6isess\u00e4 kent\u00e4ss\u00e4 on voimakkaita v\u00e4r\u00e4htelykohtia ja toisaalta kohtia, joissa se on k\u00e4yt\u00e4nn\u00f6ss\u00e4 kuollut. Veimme hiukkasia n\u00e4ihin kuolleisiin kohtiin, mik\u00e4 sammutti kaiken muun, ja mahdollisti meille mielenkiintoisimpien kenttien valitsemisen sovelluksia varten\u201d, Taskinen kertoo.<\/p>\n L\u00f6yt\u00f6 avaa uusia tutkimusmahdollisuuksia hyvin aktiivisella valon topologian tutkimusalueella. Se on my\u00f6s varhainen askel tehokkaalle tavalle v\u00e4litt\u00e4\u00e4 tietoa kaikkialle, miss\u00e4 k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n valoa koodatun tiedon l\u00e4hett\u00e4miseen, kuten esimerkiksi telekommunikaatiossa.<\/p>\n \u201cVoisimme esimerkiksi l\u00e4hett\u00e4\u00e4 n\u00e4it\u00e4 vortekseja optisia kuitukaapeleita pitkin ja purkaa ne m\u00e4\u00e4r\u00e4np\u00e4\u00e4ss\u00e4. T\u00e4m\u00e4 voisi kasvattaa tiedonsiirtokapasiteettia jopa 8\u201316-kertaiseksi nykyiseen verrattuna\u201d, Arjas sanoo.<\/p>\n Vaikka k\u00e4yt\u00e4nn\u00f6n sovellukset ovat viel\u00e4 vuosien p\u00e4\u00e4ss\u00e4, Quantum Dynamics -ryhm\u00e4 jatkaa tutkimustaan muun muassa superjohtavuuden ja orgaanisen LED-teknologian parissa. Ryhm\u00e4 hy\u00f6dynsi uraauurtavassa tutkimuksessaan kansallista nano-, mikro- ja kvanttiteknologian tutkimusinfrastruktuuri OtaNanoa<\/a>. <\/p>\n