Les solitons sont des objets stables équilibrés par la diffraction ou la dispersion et la non-linéarité. Un défi fondamental dans ce domaine est la stabilisation des solitons en coordonnées multidimensionnelles, puisque les solitons 2-D et 3-D dans l'espace libre sont toujours instables et subissent respectivement des effondrements critiques résultant d'une non-linéarité d'auto-focalisation catastrophique.

La stabilisation d'états localisés multidimensionnels repose généralement sur des milieux périodiques linéaires avec une non-linéarité uniforme. Bien que les réseaux non linéaires avec une variation douce de la non-linéarité puissent supporter diverses espèces de solitons. Cependant, L'existence et la propriété de stabilité des solitons avec des non-linéarités cubiques-quintiques et un potentiel périodique linéaire 2-D doivent encore être révélées. Existe-t-il un modèle ou une méthode pour empêcher l'effondrement critique des solitons d'ordre supérieur ?

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Zeng Jianhua de l'Institut d'optique et de mécanique de précision de Xi'an (XIOPM) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) propose un schéma réalisable pour stabiliser les modes localisés 2D contre l'effondrement critique en considérant le ordre de diffraction fractionnaire pour la propagation de la lumière dans des systèmes physiques périodiques avec des non-linéarités concurrentes d'auto-focalisation et d'auto-défocalisation en termes non linéaires cubiques-quantiques. Le résultat a été publié dans Physique des communications .

Ils proposent théoriquement un cadre d'équation de Schrödinger fractionnaire non linéaire 2D (NLFSE), qui peut supprimer l'effondrement critique. Ils révèlent que le modèle produit une variété de familles de solitons stables, y compris le gap fondamental 2D et les solitons verticaux ainsi que les amas de solitons de gap (les solitons sont toujours instables dans le modèle quintique seul).

Un aperçu détaillé des propriétés dynamiques des solitons montre en outre que les solitons sont solidement stables au milieu des bandes interdites du spectre de Bloch linéaire sous-jacent, alors qu'il est instable près des bords des bandes interdites ; et la stabilité des solitons est modérément influencée par la résistance non linéaire.

La découverte notable offre une nouvelle voie pour étudier l'existence et les propriétés dynamiques des modes localisés 2-D en gérant l'ordre de diffraction et les bandes interdites accordables des systèmes physiques périodiques.