Penggambaran artistik dari lintasan melingkar yang serupa 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, memperlihatkan keindahan dan kekuatan estetika yang luar biasa, mulai dari lukisan yang menginspirasi di Bologne hingga memengaruhi desain jembatan seperti Jembatan Tacoma Narrows. Studi terbaru telah mengeksplorasi analog optik KVS, mengungkapkan potensi penerapan dalam interaksi materi cahaya dan telekomunikasi.
Jalur pusaran Kármán (KVS) adalah pola aliran klasik yang sangat terorganisir yang menampilkan pusaran yang berputar-putar. Polanya biasanya mencakup dua rangkaian vortisitas, masing-masing muncul dari sisi objek yang berlawanan, dengan sirkulasi dengan tanda yang berlawanan. Fenomena tersebut terkenal dengan keindahan estetika dan kekuatannya yang luar biasa.
Seni Menginspirasi Sains
Di museum Gereja St. Dominic di Bologna, Italia, terdapat lukisan yang menggambarkan St. Dominic. Christopher menggendong bayi Yesus menyeberangi sungai. Pelukis tersebut menggambarkan pusaran air yang saling terkait di balik kaki telanjang Christopher. Theodore von Kármán menyatakan bahwa penelitiannya tentang jalan pusaran air terinspirasi oleh lukisan ini. Lukisan ini menggambarkan persimpangan yang menarik antara sains dan humaniora.
Dampak Historis Jalan Pusaran
Pada tahun 1940, sebuah jembatan gantung bernama Tacoma Narrow Bridge, yang selesai dibangun hanya dalam waktu empat bulan, mengalami kerusakan akibat terbentuknya pusaran akibat desainnya yang tidak tepat, yang mengakibatkan getaran dan resonansi. Peristiwa ini menandai pertama kalinya manusia menyadari kekuatan luar biasa KVS.
Baru-baru ini, di Komunikasi AlamPara fisikawan yang bekerja sama dari Singapura dan Inggris telah melaporkan analog optik KVS. Pulsa optik KVS ini mengungkap paralel yang menarik antara transportasi fluida dan aliran energi cahaya yang terstruktur.
Pelajari Wawasan dan Terapkan di Masa Depan
“Kami memperkenalkan jenis pulsa cahaya yang struktur medannya memiliki kemiripan yang menarik dengan jalur pusaran von Kármán, pola pusaran berputar yang diamati dalam dinamika fluida dan gas yang bertanggung jawab atas “nyanyian” kabel telepon yang tersuspensi oleh angin. Cahaya terstruktur mengungkap struktur topologi skyrmion yang kuat dalam materi terkondensasi.
“Berbeda sekali dengan penelitian sebelumnya mengenai berkas dan pulsa skyrmionic optik, konfigurasi medan skyrmionic di NDSTP tidak dibatasi oleh difraksi dan tetap ada setelah propagasi pada jarak yang berubah-ubah. “Kami mengantisipasi bahwa NDSTP akan menginspirasi penerapan potensial seperti interaksi materi cahaya, mikroskop superresolusi, dan metrologi,” kata Yijie Shen, penulis utama studi tersebut, Universitas Teknologi Nanyang.
Skyrmion, partikel topologi canggih yang awalnya diusulkan sebagai model nukleon terpadu oleh Tony Skyrme pada tahun 1962, berperilaku seperti skala nano Pusaran magnetik dengan tekstur yang spektakuler. Hingga saat ini, semua skyrmion optik yang diketahui di ruang bebas tidak menyebar atau hanya ada di sekitar fokus dan runtuh dengan cepat saat menyebar.
Meskipun demikian, karena pulsa cahaya yang diajukan dalam makalah ini tidak menyebar selama perambatan, struktur medan skyrmionik tersebut dapat bertahan dari perambatan pulsa KVS. Pulsa tersebut memungkinkan studi tentang 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 diilustrasikan lebih lanjut dengan mempertimbangkan misalnya gerakan elektron sepanjang lintasan pusaran pulsa magnetik transversal atau perambatan pulsa dalam media nonlinier.
Potensi Inovasi Teknologi
“Kami yakin bahwa singularitas subpanjang gelombang yang sangat dalam dari pulsa ini memiliki aplikasi dalam metrologi dan mungkin juga menarik bagi mereka yang mempelajari spektroskopi eksitasi toroidal dalam materi. Lebih jauh, pulsa ini dapat dimanfaatkan untuk transfer informasi jarak jauh yang dikodekan dalam fitur topologi pulsa, dengan aplikasi potensial dalam telekomunikasi, penginderaan jarak jauh, dan LiDAR,” prediksi penulis.
Referensi: “Denyut supertoroidal non-difraksi dan “jalur pusaran Kármán” optik oleh Yijie Shen, Nikitas Papasimakis, dan Nikolay I. Zheludev, 7 Juni 2024, Komunikasi Alami.
DOI: 10.1038/s41467-024-48927-5
NewsRoom.id
