התרשמות אמנותית של רחוב טבעת מערבולת אנלוגית למבנה השדה המגנטי של NDSTP, כאשר טבעות המערבולת הימנית והשמאלית הודגשו בכחול ואדום, בהתאמה. קרדיט: Yijie Shen, Nikitas Papasimakis, וניקולאי I. Zheludev
רחוב המערבולת של קרמן, תבנית מאורגנת של מערבולות מסתחררות, מפגין גם יופי אסתטי וגם כוח עצום, החל מציורים מעוררי השראה בבולוניה וכלה בעיצובי גשרים משפיעים כמו הגשר הצר של טקומה. מחקרים אחרונים חקרו אנלוגים אופטיים של KVS, וחשפו יישומים פוטנציאליים באינטראקציות קל וחומר וטלקומוניקציה.
רחוב המערבולת של קרמן (KVS) הוא תבנית זרימה קלאסית מאורגנת מאוד הכוללת מערבולות מסתחררות. הוא כולל בדרך כלל שני רצפים של מערבולות, שכל אחת מהן יוצאת מצדדים מנוגדים של הגוף, עם מחזוריות של סימנים מנוגדים. תופעה זו ידועה ביופייה האסתטי ובעוצמתה האדירה.
מדע מעורר השראה לאמנות
במוזיאון בכנסיית סנט דומיניק בבולוניה, איטליה, יש ציור המתאר את כריסטופר הקדוש נושא את ישו התינוק על פני נהר. הצייר תיאר מערבולות שלובות מאחורי רגליו היחפות של כריסטופר. תיאודור פון קרמן הצהיר שהמחקר שלו על רחובות מערבולת נוצר בהשראת הציור הזה. זה מייצג צומת מרתק של מדע ומדעי הרוח.
ההשפעה ההיסטורית של רחובות הוורטקס
בשנת 1940, גשר תלוי בשם "הגשר הצר של טקומה", שהושלם תוך ארבעה חודשים בלבד, סבל מנזק עקב יצירת רחובות מערבולת שנגרמו מתכנון לא נכון שלו, שהוביל לרעידות ותהודה. אירוע זה סימן את הפעם הראשונה שהאנושות הכירה בכוחו העצום של ה-KVS.
לאחרונה, ב תקשורת טבע, פיזיקאים משתפים פעולה מסינגפור ומבריטניה דיווחו על אנלוגי אופטי של KVS. דופק KVS אופטי זה מגלה הקבלות מרתקות בין הובלת נוזלים וזרימת האנרגיה של אור מובנה.
תובנות לימוד ויישומים עתידיים
"אנו מציגים סוג של דופק אור שלמבנה השדה שלו יש דמיון מסקרן עם רחוב מערבולת פון קרמן, דפוס של מערבולות מסתחררות הנצפות בדינמיקה של נוזלים וגזים, האחראית ל"שירה" של קווי טלפון תלויים ברוח. האור המובנה מציג מבנה טופולוגי חזק של סקירמיונים בחומר מעובה.
"בניגוד חד לעבודה קודמת על קרניים ופולסים סקירמיוניים אופטיים, תצורת השדה הסקירמיוני ב-NDSTPs אינה מוגבלת על ידי עקיפה ונמשכת בהתפשטות על פני מרחקים שרירותיים. אנו צופים כי NDSTPs יהוו השראה ליישומים פוטנציאליים כגון אינטראקציות בין אור לחומר, מיקרוסקופיה ברזולוציית על ומטרולוגיה", אמר Yijie Shen, מחבר ראשי המחקר, האוניברסיטה הטכנולוגית של Nanyang.
Skyrmions, חלקיקים טופולוגיים מתוחכמים שהוצעו במקור כמודל מאוחד של הגרעין על ידי טוני Skyrme ב-1962, מתנהגים כמו ננומטרי מערבולות מגנטיות בעלות טקסטורות מרהיבות. עד כה, כל הסקירמיונים האופטיים המוכרים בחלל הפנוי אינם מתפשטים או קיימים רק סביב המיקוד ומתמוטטים במהירות עם התפשטות.
עם זאת, מכיוון שפולסי האור המוצעים במאמר זה אינם מתפשטים במהלך התפשטות, מבני שדה סקירמיוניים כאלה יכולים להימשך בהתפשטות הדופק של KVS. הדופק מאפשר לחקור את דינמיקת ההתפשטות של שדות סקירמיוניים אלקטרומגנטיים ויהיה מעניין כערוצי אנרגיה מכוונים ליישומי העברת מידע.
את האנלוגיה בין KVS בזרמי נוזלים לבין הדופק ניתן לצייר עוד יותר על ידי התחשבות בתנועת האלקטרונים לאורך רחובות המערבולת של פולסים מגנטיים רוחביים או התפשטות הפולסים במדיה לא ליניארית
חידושים טכנולוגיים פוטנציאליים
"אנו מאמינים שניתן ליישם את הייחודיות העמוקות של אורך תת-גל של אותם פולסים במטרולוגיה, כמו גם שהם עשויים לעניין את אלה החוקרים את הספקטרוסקופיה של עירורים טורואידים בחומר. בנוסף, ניתן יהיה למנף את הפולסים להעברת מידע למרחקים ארוכים המקודדים בתכונות הטופולוגיות של הפולסים, עם יישומים פוטנציאליים בתחום טלקומוניקציה, חישה מרחוק ו-LiDAR." תחזית המחברים.
