27.2 C
Jakarta

Fisikawan Menemukan Analog Optik untuk Jalanan Pusaran Kármán

Published:

Gambaran artistik dari jalan melingkar yang dianalogikan dengan struktur medan magnet NDSTP, di mana lingkaran melingkar di sisi kanan dan kiri masing-masing disorot dengan warna biru dan merah. Kredit: Yijie Shen, Nikitas Papasimakis, dan Nikolay I. Zheludev

Jalan pusaran Kármán, sebuah pola pusaran berputar yang terorganisir, menunjukkan keindahan estetika dan kekuatan yang luar biasa, mulai dari lukisan yang menginspirasi di Bologne hingga desain jembatan yang memengaruhi seperti Jembatan Sempit Tacoma. Studi terbaru telah mengeksplorasi analog optik KVS, mengungkapkan potensi penerapan dalam interaksi materi cahaya dan telekomunikasi.

Jalan pusaran Kármán (KVS) adalah pola aliran klasik yang sangat terorganisasi yang menampilkan pusaran yang berputar-putar. Pola ini biasanya mencakup dua rangkaian pusaran, yang masing-masing muncul dari sisi berlawanan dari benda, dengan sirkulasi tanda yang berlawanan. Fenomena ini terkenal karena keindahan estetikanya dan kekuatannya yang luar biasa.

Seni Menginspirasi Sains

Di museum di Gereja St Dominic di Bologne, Italia, terdapat lukisan yang menggambarkan St. Christopher menggendong bayi Yesus menyeberangi sungai. Pelukis itu menggambarkan pusaran yang saling bertautan di belakang kaki telanjang Christopher. Theodore von Kármán menyatakan bahwa penelitiannya tentang jalan pusaran terinspirasi dari lukisan ini. Ini mewakili persimpangan yang menarik antara sains dan humaniora.

Dampak Sejarah Jalan Vortex

Pada tahun 1940, sebuah jembatan gantung bernama Jembatan Sempit Tacoma, yang selesai dibangun hanya dalam waktu empat bulan, mengalami kerusakan karena terbentuknya jalan pusaran akibat desainnya yang tidak tepat, yang mengakibatkan getaran dan resonansi. Peristiwa ini menandai pertama kalinya manusia menyadari kekuatan KVS yang luar biasa.

Baru-baru ini, di Komunikasi Alamfisikawan yang berkolaborasi dari Singapura dan Inggris telah melaporkan analog optik KVS. Pulsa optik KVS ini mengungkap paralel yang menarik antara transportasi fluida dan aliran energi cahaya terstruktur.

Pelajari Wawasan dan Penerapannya di Masa Depan

“Kami memperkenalkan jenis pulsa cahaya yang struktur medannya memiliki kemiripan yang menarik dengan jalan pusaran von Kármán, suatu pola pusaran berputar-putar yang diamati dalam dinamika fluida dan gas yang bertanggung jawab atas “nyanyian” saluran telepon yang ditangguhkan dalam angin. Cahaya terstruktur menunjukkan struktur topologi skyrmion yang kuat dalam materi terkondensasi.

“Berbeda sekali dengan penelitian sebelumnya tentang berkas dan pulsa skyrmionik optik, konfigurasi medan skyrmionik dalam NDSTP tidak dibatasi oleh difraksi dan tetap ada setelah perambatan pada jarak yang sembarangan. Kami mengantisipasi bahwa NDSTP akan menginspirasi aplikasi potensial seperti interaksi cahaya-materi, mikroskopi superresolusi, dan metrologi,” kata Yijie Shen, penulis utama studi, Universitas Teknologi Nanyang.

Skyrmions, partikel topologi canggih yang awalnya diusulkan sebagai model nukleon terpadu oleh Tony Skyrme pada tahun 1962, berperilaku seperti skala nano pusaran magnet dengan tekstur spektakuler. Sampai saat ini, semua skyrmion optik yang diketahui di ruang bebas tidak merambat atau hanya ada di sekitar fokus dan runtuh dengan cepat saat merambat.

Meskipun demikian, karena pulsa cahaya yang diusulkan dalam makalah ini tidak menyebar selama perambatan, struktur medan skyrmionik tersebut dapat bertahan pada perambatan pulsa KVS. Pulsa tersebut memungkinkan studi dinamika perambatan medan skyrmionik elektromagnetik dan akan menarik sebagai saluran energi terarah untuk aplikasi transfer informasi.

Analogi antara KVS dalam aliran fluida dan pulsa dapat digambarkan lebih jauh dengan mempertimbangkan misalnya gerakan elektron sepanjang jalan pusaran pulsa magnetik transversal atau perambatan pulsa di media nonlinier.

Potensi Inovasi Teknologi

“Kami yakin singularitas subpanjang gelombang yang sangat dalam dari pulsa tersebut dapat diterapkan dalam metrologi dan juga dapat menarik minat mereka yang mempelajari spektroskopi eksitasi toroidal dalam materi. Selain itu, pulsa tersebut dapat dimanfaatkan untuk transfer informasi jarak jauh yang dikodekan dalam fitur topologi pulsa, dengan aplikasi potensial dalam telekomunikasi, penginderaan jarak jauh, dan LiDAR.” demikian ramalan penulis.

Referensi: “Denyut supertoroidal non-difraksi dan “jalur pusaran Kármán” optik” oleh Yijie Shen, Nikitas Papasimakis, dan Nikolay I. Zheludev, 7 Juni 2024, Komunikasi Alam.
DOI: 10.1038/s41467-024-48927-5

Related articles

Recent articles

spot_img