2025-08-22 東京科学大学
東京科学大学、東京大学、慶應義塾大学、南洋理工大学の国際共同研究チームは、伝搬する電磁波の中に『ホプフィオンの3次元周期構造（ホプフィオン結晶）』を生成する手法を開発しました。ホプフィオンは結び目構造を持つ3次元トポロジカル準粒子で、高密度かつ安定に情報を担える媒体として注目されています。研究では、偏光状態と空間モードを制御した二つの異なる周波数の光を重ね合わせることで、偏光が時空的に周期変化し、空中を伝わる光ビーム中にホプフィオンが格子状に形成されることを確認しました。これはホプフィオン結晶の初めての実現例であり、光通信や無線通信の転送容量・耐障害性を飛躍的に高める可能性があります。また、物質中にトポロジカル3次元構造を創出・制御する新技術につながり、次世代の情報通信・計測・量子デバイス開発への応用が期待されます。成果は Physical Review Letters に掲載されました。
ホプフィオンが3次元的に並ぶホプフィオン結晶
＜関連情報＞
- https://www.isct.ac.jp/ja/news/zt8z1fv0sjou
- https://www.isct.ac.jp/plugins/cms/component_download_file.php?type=2&pageId=&contentsId=1&contentsDataId=2101&prevId=&key=08e5e1de3b56ce08eee9b1e8185032d4.pdf
- https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/hh5s-cprt
時空光学ホフピオン結晶 Space-Time Optical Hopfion Crystals
Wenbo Lin, Nilo Mata-Cervera, Yasutomo Ota, Yijie Shen, and Satoshi Iwamoto
Physical Review Letters Published: 21 August, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/hh5s-cprt
Abstract
Hopfions—higher-dimensional topological quasiparticles with sophisticated 3D knotted spin textures discovered in condensed matter and photonic systems—show promise in high-density data storage and transfer. Here, we present crystalline structures of hopfions lying in space-time constructed by spatiotemporally structured light. Practical methodologies using bichromatic structured light beams or dipole arrays to assemble 1D and higher dimensional hopfion lattices are proposed, and a technique for tailoring topological orders is elucidated. Optical hopfion crystals constitute a new platform for high-dimensional topological information transfer.
