Anden ordens optiske meroner, eller lys, der foregiver at være en ferromagnet

Et af nøglebegreberne i fysik, og videnskab generelt, er begrebet et 'felt', som kan beskrive den rumlige fordeling af en fysisk størrelse. For eksempel, et vejrkort viser fordelingerne af temperatur og tryk (disse er kendt som skalarfelter), samt vindhastigheden og -retningen (kendt som et vektorfelt). Næsten alle bærer et vektorfelt på hovedet - hvert hår har en oprindelse og en ende, ligesom en vektor. For over 100 år siden har L.E.J. Brouwer beviste behårede kugle-sætningen, som siger, at man ikke kan rede en behåret kugle flad uden at skabe hvirvler, hvirvler (hvirvler) eller cowlicks.

I magnetisme, de elementære excitationer i et todimensionelt magnetiseringsvektorfelt har form af sådanne hvirvler og kaldes skyrmioner. Går man med uret rundt om midten af ​​sådan en hvirvel, vi kan observere, at vektorer, der er knyttet til efterfølgende punkter på vores vej, kan rotere en eller flere gange, med eller mod uret. Den mængde, der beskriver denne egenskab, kaldes hvirvlen. Skyrmioner og halvskyrmioner (meroner) af forskellige hvirvler kan findes i så forskellige fysiske systemer som nukleart stof, Bose-Einstein kondenserer eller tynde magnetiske lag. De bruges også i beskrivelsen af ​​kvante Hall-effekten, cykloner, anticykloner og tornadoer. Særligt interessant er eksperimentelle opstillinger, hvor man kan skabe forskellige vektorfelter efter behov og undersøge vekselvirkningerne mellem deres excitationer.

Forskere fra University of Warszawa, Militærteknologisk Universitet, University of Southampton, Skolkovo Institute i Moskva, og Institut for Fysik PAS har demonstreret, hvordan man strukturerer lys, så dets polarisering opfører sig som en halvskyrmion (meron). For at opnå dette er lyset blevet fanget i et tyndt flydende krystallag mellem to næsten perfekte spejle, kendt som et optisk hulrum. Ved at kontrollere polariseringen af ​​indfaldende lys og orienteringen af ​​de flydende krystalmolekyler kunne de observere førsteordens og andenordens (første eksperimentel observation) meroner og anti-meroner (hvirvligheder -2, -1, 1, og 2).

Et relativt simpelt optisk hulrum fyldt med en flydende krystal gør det muligt for forskerne at skabe og undersøge eksotiske tilstande af polarisering af lys. Enheden kan potentielt tillade at teste adfærden af ​​disse excitationer (tilintetgørelse, tiltrækning eller frastødning af skyrmioner og meroner) på et optisk bord, når det kombineres med mere eksotiske optisk responsive materialer. At anerkende arten af ​​interaktionen mellem disse objekter kan hjælpe med at forstå fysikken i mere komplekse systemer, kræver mere sofistikerede eksperimentelle metoder (f.eks. ultralave temperaturer).