Forskere forhindrer kritisk sammenbrud af højereordens solitoner

Solitons er stabile objekter afbalanceret af diffraktion eller dispersion og ikke -linearitet. En grundlæggende udfordring på dette område er stabilisering af solitoner i flerdimensionale koordinater, da 2-D og 3-D solitons i det frie rum altid er ustabile og undergår henholdsvis kritiske kollaps som følge af katastrofal selvfokuserende ikke-linearitet.

Stabiliseringen af ​​multidimensionale lokaliserede stater er normalt afhængig af lineære periodiske medier med ensartet ulinearitet. Selvom ikke -lineære gitter med jævn variation af ulinearitet kan understøtte forskellige arter af solitons. Imidlertid, solitons eksistens og stabilitetsegenskab med kubisk-kvintiske ulineariteter og 2-D lineært periodisk potentiale mangler endnu at blive afsløret. Er der en model eller metode til at forhindre kritisk kollaps af solitons af højere orden?

Et forskerhold ledet af prof. Dr. Zeng Jianhua fra Xi'an Institute of Optics and Precision Mechanics (XIOPM) fra det kinesiske videnskabsakademi (CAS) foreslår en gennemførlig ordning for at stabilisere 2-D lokaliserede tilstande mod kritisk sammenbrud ved at overveje fraktioneret diffraktionsordre til lysudbredelse i periodiske fysiske systemer med konkurrerende selvfokuserende og selvfokuserende ulineariteter i kubisk-kvantiske ikke-lineære termer. Resultatet blev offentliggjort i Kommunikationsfysik .

De foreslår teoretisk en ramme for 2-D ikke-lineær fraktioneret Schrödinger-ligning (NLFSE), som kan undertrykke det kritiske sammenbrud. De afslører, at modellen producerer en række stabile soliton -familier, inklusive 2-D fundamental gap og vertikale solitons samt gap soliton clusters (solitons er altid ustabile i modellen quintic only).

En detaljeret indsigt i solitons dynamiske egenskaber viser endvidere, at solitons er robust stabilt midt i båndgabene i det underliggende lineære Bloch -spektrum, mens den er ustabil nær kanterne af båndgabene; og solitons stabilitet påvirkes moderat af ikke -lineær styrke.

Den bemærkelsesværdige opdagelse tilbyder en ny metode til at undersøge eksistensen og dynamiske egenskaber ved 2-D-lokaliserede tilstande ved at styre diffraktionsrækkefølgen og indstillelige båndgab i de periodiske fysiske systemer.