现代生活在很大程度上依赖于高效的信息编码传输。 一种常见的方法是用激光对数据进行编码，然后通过光纤电缆发送。 随着数据容量需求的增长，找到更先进的编码方法至关重要。阿尔托大学（Aalto University）应用物理系的研究人员开发出一种新方法，可以制造出可以携带信息的微小光"飓风"--旋涡。

这种技术可以操纵与电场相互作用的金属纳米粒子。 该设计基于准晶体几何结构，由博士研究员克里斯蒂安-阿尔亚斯（Kristian Arjas）构思，博士研究员亚尼-塔斯基宁（Jani Taskinen）实验实现，他们都是佩维-托尔马教授量子动力学小组的成员。

这一突破标志着物理学的重大进展，为数据传输的创新方法带来了希望。

在这种情况下，漩涡就像发生在光束中的飓风，一个平静而黑暗的中心被一圈明亮的光包围着。 就像飓风的风眼由于周围的风向不同而显得平静一样，漩涡的风眼由于亮光的电场指向光束两侧的不同方向而显得黑暗。

以前的物理学研究已经将涡旋的种类与产生涡旋的结构的对称性联系起来。 例如，如果纳米尺度的粒子排列成正方形，产生的光就只有一个漩涡；六边形产生双漩涡，以此类推。 更复杂的漩涡至少需要八边形。

新的准晶体设计方法理论上可以设计出任何类型的旋涡。 资料来源：Kristian Arjas/阿尔托大学

现在，Arjas、Taskinen 和研究小组找到了一种方法，可以创造出理论上支持任何类型旋涡的几何形状。这项研究的重点是漩涡的对称性和旋转性之间的关系，也就是说，什么样的对称性能产生什么样的漩涡，准晶体设计介于秩序和混乱之间。

在他们的研究中，研究小组操纵了 10 万个金属纳米粒子，每个粒子的大小约为一根头发丝的百分之一，从而创造出独特的设计。 关键在于找到颗粒与所需电场相互作用最小而不是最大的地方。

"电场有高振动的热点，也有基本上是死点的地方，将粒子引入死点就会关闭其他一切，使我们能够选择具有最有趣应用特性的电场，"Taskinen 说道。

这一发现为光拓扑学研究这一非常活跃的领域开辟了丰富的研究前景。 它还代表着在需要光来发送编码信息的领域（包括电信）中，一种强大的信息传输方式的初步雏形。

"例如，我们可以将这些漩涡沿着光缆发送，并在目的地将其拆封。 这样，我们就可以把信息存储在更小的空间里，同时传输更多的信息。 乐观估计，传输的信息量将是我们现在通过光纤传输信息量的 8 到 16 倍，"Arjas 说。

该团队设计的实际应用和可扩展性可能需要多年的工程设计，阿尔托大学的量子动力学小组在超导研究和改进有机发光二极管方面也非常忙碌。该小组在他们的开创性研究中使用了用于纳米、微米和量子技术的太田纳米研究基础设施。

编译自/ScitechDaily