一个模拟NDSTP磁场结构的街道涡环的艺术印象，其中右手和左手的涡环分别用蓝色和红色突出显示。来源:Yijie Shen, Nikitas Papasimakis, Nikolay I. Zheludev

Kármán涡旋街，一个有组织的旋涡模式，演示从博洛涅鼓舞人心的绘画到影响塔科马窄桥等桥梁设计，都展示了美学美和巨大的力量。最近的研究已经探索了KVS的光学类似物，揭示了在光-物质相互作用和电信方面的潜在应用。

Kármán旋涡街(KVS)是一种以旋涡为特征的高度有组织的经典流型。它通常包括两个漩涡序列，每一个都从身体的两侧出现，具有相反的循环符号。这一现象以其美学之美和巨大的力量而闻名。

艺术启发科学

在意大利博洛涅的圣多米尼克教堂的博物馆里，有一幅画描绘了圣克里斯托弗抱着婴儿耶稣过河。画家描绘了克里斯托弗光脚后面交错的漩涡。西奥多·冯Kármán表示，他对漩涡街道的研究受到了这幅画的启发。这代表了科学与人文的迷人交集。

旋涡街的历史影响

1940年，一座名为塔科马窄桥(Tacoma Narrow bridge)的悬索桥仅用了四个月就建成了，但由于设计不当而产生了漩涡街道，导致了振动和共振，因此遭到了破坏。这一事件标志着人类第一次认识到KVS的巨大力量。

最近，在《自然通讯》杂志上，来自新加坡和英国的物理学家合作报道了KVS的光学模拟。这个光学KVS脉冲揭示了流体传输和结构光的能量流之间迷人的相似之处。

研究见解和未来应用

“我们引入了一种光脉冲，它的场结构与冯氏Kármán涡旋街有着有趣的相似之处，这是一种在流体和气体动力学中观察到的旋涡模式，它负责风中悬挂的电话线的‘歌唱’。”结构光在凝聚态物质中表现出一种坚固的天幕拓扑结构。

“与早期对光学天子光束和脉冲的研究形成鲜明对比的是，ndstp中的天子场结构不受衍射的限制，并且在任意距离上传播时仍然存在。我们预计ndstp将激发诸如光-物质相互作用、超分辨率显微镜和计量学等潜在应用，”南洋理工大学研究报告的主要作者沈义杰说。

Skyrmions是一种复杂的拓扑粒子，最初由Tony Skyrme在1962年提出，作为核子的统一模型，其行为就像具有壮观纹理的纳米级磁漩涡。迄今为止，在自由空间中所有已知的光学粒子都不传播或只存在于焦点周围，并且在传播时迅速坍缩。

然而，由于本文提出的光脉冲在传播过程中不扩散，因此这种天空粒子场结构可以在KVS脉冲传播中持续存在。该脉冲允许研究电磁天空电子场的传播动力学，并将作为信息传输应用的定向能量通道。

流体流动中的KVS与脉冲之间的类比可以通过考虑电子沿着横向磁脉冲的涡旋街的运动或脉冲在非线性介质中的传播来进一步得出

潜在的技术创新

“我们相信这些脉冲的深度亚波长奇点可以应用于计量学，也可以引起那些研究物质环面激发光谱的人的兴趣。此外，这些脉冲可以用于以脉冲拓扑特征编码的长距离信息传输，在电信、遥感和激光雷达中具有潜在的应用前景。作者预测道。

参考文献:“非衍射超环形脉冲和光学“Kármán涡旋街”，作者:Yijie Shen, Nikitas Papasimakis和Nikolay I. Zheludev, 2024年6月7日，Nature Communications。DOI: 10.1038 / s41467 - 024 - 48927 - 5

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