Per ottenere le immagini ad altissima risoluzione fondamentali per studiare nuovi materiali, microbi, e altro ancora, gli scienziati spesso costruiscono microscopi basati su vortici ottici. La formazione di questi minuscoli tornado di luce viene eseguita utilizzando quarzo o cristalli liquidi. Però, l'uso di materiali convenzionali per i microscopi ha i suoi limiti. All'aumentare della potenza del vortice ottico, il materiale letteralmente brucia e viene distrutto. Per produrre i vortici ottici, i ricercatori avevano bisogno di un approccio migliore. Hanno ideato un modo per creare vortici ottici con una potenza 1000 volte maggiore rispetto ai metodi precedenti. Il loro design utilizza forti, campi magnetici non uniformi per controllare i plasmi, o gas ionizzati, per creare i vortici.

Il nuovo approccio, noto come q-plate al plasma, rivoluzionerà le sorgenti per la generazione di vortici ottici. Il lavoro avrà un impatto su una vasta gamma di applicazioni. Per esempio, il nuovo approccio potrebbe portare alla microscopia a super risoluzione. Potrebbe aumentare la larghezza di banda delle comunicazioni wireless in fibra ottica e a onde millimetriche. Anche, il nuovo approccio potrebbe avvantaggiare la comunicazione quantistica con crittografia indistruttibile.

La luce è un'onda viaggiante di campi elettrici e magnetici. Sappiamo tutti che quando un sasso viene lanciato in uno stagno, i fronti d'onda formano cerchi concentrici. Per un raggio laser di luce che si muove uniformemente in una direzione, i fronti d'onda formano fogli paralleli con un profilo di intensità a picco centrale. Esiste un altro tipo speciale di raggio di luce, chiamato vortice ottico, i cui fronti d'onda si attorcigliano e ruotano mentre attraversa lo spazio. Un vortice ottico ha fronti d'onda rotanti e un profilo di intensità vuoto. Questo vortice può intrappolare, ruotare, e "controllare" particelle o goccioline microscopiche, funzionando così come una "chiave ottica" che migliora la flessibilità di controllo delle "pinzette ottiche" che possono intrappolare le particelle. Lo sviluppo di questo metodo per il raffreddamento e l'intrappolamento delle particelle ha vinto il Premio Nobel per la Fisica nel 1997. Microscopi a super risoluzione, con risoluzioni inferiori anche al limite di diffrazione della luce, può anche essere costruito utilizzando vortici ottici (vedi Premio Nobel per la Chimica 2014).

I vortici ottici a bassa intensità possono essere formati utilizzando mezzi di materiale birifrangente, come quarzo o cristalli liquidi, che suddividono la luce in "polarizzazioni" parallele e perpendicolari. Però, l'uso di materiali convenzionali per i microscopi ha i suoi limiti. All'aumentare dell'intensità (potenza) del vortice ottico, il materiale brucia letteralmente. Per produrre vortici ottici ad alta potenza, un team ha impiegato un mezzo al plasma. Il compito di creare la struttura richiesta nel plasma è impegnativo perché il plasma è intrinsecamente non strutturato. L'approccio del team aggira la difficoltà di creare una struttura introducendo l'anisotropia attraverso un campo magnetico. Il team ha determinato che un raggio laser non rotante, dopo essersi propagato attraverso plasma magnetizzato, potrebbe essere convertito in un vortice ottico. I plasmi magnetizzati possono manipolare il fronte d'onda del laser e convertire direttamente un raggio gaussiano ad alta intensità, diciamo a un terahertz, in una trave ritorta ad alta efficienza.