Международная группа ученых, в состав которой вошли ученые из Канады, Европы и США, произвела ряд экспериментов, в ходе которых им удалось "сплести" разные виды лент Мебиуса из лучей света. Это, в свою очередь, послужило подтверждением теории о том, что электромагнитные поля и волны могут принимать такие специфические формы. Ленту Мебиуса создать очень просто, возьмите бумажную полоску, закрутите ее на половину полного оборота и склейте ее концы. В результате получается уникальный трехмерный объект, имеющий только одну сторону. Миллионы школьников по всему земному шару делают ленты Мебиуса каждый год, но такие экзотические объекты в природе являются очень большой редкостью.

"Свет, закрученный в виде ленты Мебиуса, является одним из немногих примеров структуры Мебиуса естественного происхождения, существующих в окружающем нас мире" - рассказывает Роберт В. Бойд (Robert W. Boyd), профессор оптики и физики из университета Рочестера.

Известно, что свет является электромагнитными волнами, состоящими из электрического и магнитного поля, колеблющихся в перпендикулярных направлениях. Направление, в котором происходят колебания электрического поля света, называется его поляризацией. Все источники света естественного происхождения и большинство источников искусственного происхождения излучают неполяризованный свет, в котором поляризация каждого фотона является случайной величиной. Но, стоит такому свету отразиться о какой-либо поверхности, к примеру, стекла или воды, он становится поляризованным в определенном направлении, параллельном плоскости отражающей поверхности.

В своих экспериментах ученые использовали свет, характеристики которого очень далеки от характеристик света от обычных источников. Это был сильно фокусированный луч лазера, свет которого имел только одно определенное значение поляризации и определенную картину распределения интенсивности в луче. Такой свет называется сильно структурированным светом, его электрическое поле колеблется сразу во всех трех измерениях, а не строго перпендикулярно направлению распространения, как это происходит в луче света обычного лазера.



Для создания сильно структурированного луча лазерного света ученые использовали череду различных оптических устройств. Самым главным компонентом этой системы была так называемая q-пластина, высокоэффективная "программируемая" линза на жидких кристаллах, разработанная итальянскими учеными Лоренцо Маррукси (Lorenzo Marrucci) и Эбрахимом Карими (Ebrahim Karimi).

Полученный структурированный луч света освещал золотую наночастицу, размер которой был меньше длины волны света, что привело к появлению весьма необычных эффектов. И одним из таких эффектов стала лента Мебиуса, "сотканная" из поляризации отраженного наночастицей света. Изменяя структуру луча света при помощи q-пластины и положение наночастицы относительно луча света ученым удалось добиться появления более сложных лент Мебиуса, закрученных не на пол-оборота, а на 3/2 и 5/2 оборота, которые являются более сложными пространственными фигурами.

И в заключение следует отметить, что, несмотря на то, что в ленту Мебиуса удалось "завязать" не сам свет, луч лазера, а поляризацию света лазера, отраженного от микроскопической частицы особым образом, данное достижение важно не только с точки зрения понимания фундаментальных свойств света, его можно будет использовать и на практике для производства сложных структур на микро- и наноуровне.