通过使用激光束的特殊组合作为非常快的搅拌器，RIKEN物理学家在量子光子系统中创建了多个漩涡并跟踪了它们的演化。该系统可用于探索与涡旋物质中量子态的出现相关的奇异新物理。该研究发表在《纳米快报》杂志上。
原则上，如果你要在充满超流体的泳池中游泳，只需一次划水就可以游无限圈。这是因为，与水等普通流体不同，超流体在低于一定速度时没有运动阻力。
超流体在搅拌时也会表现得很奇怪。“如果搅拌一桶水，通常只会产生一个大漩涡，”日本理化学研究所突发物质科学中心的迈克尔·弗雷泽解释道。“但是当你旋转超流体时，你最初会产生一个漩涡。当你更快地旋转它时，你会逐渐获得越来越多的大小完全相同的漩涡。”
虽然在液氦和原子系统中也可以看到，但由称为极化激元的粒子状实体组成的系统显示出一种超流动性，其中光的光子与与半导体中的正空穴结合的负电子强烈耦合。研究人员想要“搅动”这样的系统，但这具有挑战性，因为它需要使用极高的频率——比原子系统所需的频率快数百万倍。
现在，弗雷泽和同事们使用特制的激光束来非相干地搅拌这种极化激元凝聚物，形成涡流集合。
“这些凝结物已经存在超过15年了，人们利用它们完成了许多有趣的物理研究，”弗雷泽说。“但是极化子超流体的旋转导致多个漩涡聚集并自由演化，以前从未实现过。”
该团队通过将常规激光束与甜甜圈形状的激光束相结合，创造出了特殊的激光束搅拌器。两束光的频率略有偏差，这种频率差与旋转极化子所需的频率相匹配。利用这种光束，研究人员可以控制它们的旋转速度和方向，并随意产生漩涡。他们甚至表明，旋转速度越快，在旋转轴附近捕获的涡流就越多。
此外，他们获得的实验测量结果与基于理论的模拟非常吻合。
“因此，我们的旋转方案允许在开放耗散平台中研究自序涡旋动力学——一个不断丢失和获得粒子的平台，”弗雷泽解释道。“这尤其令人兴奋，因为我们不仅期望它表现出新的涡旋现象，而且还为研究光的高度量子拓扑相提供了机会。”