Fizycy budują diodę dla fal elektromagnetycznych

Dioda elektroniczna to urządzenie, które umożliwia przepływ prądu w jednym kierunku, ale nie w drugim. To sprawia, że ​​są poręcznymi rzeczami, które można mieć pod ręką. Tak przydatne, że trudno byłoby znaleźć urządzenie elektroniczne, które go nie zawiera. Nie będzie przesadą stwierdzenie, że stały się jednym z podstawowych elementów konstrukcyjnych współczesnego świata.

Fizycy już od jakiegoś czasu wiedzieli, że możliwe jest wykonanie urządzeń typu diodowego na fale elektromagnetyczne. Matematyka propagacji fal elektromagnetycznych sugeruje, że niektóre rodzaje materiałów powinny umożliwiać spolaryzowanym falom przechodzenie w jednym kierunku, ale nie w drugim, gdy są skąpane w polu magnetycznym. Inżynierowie mogą z łatwością zbudować takie urządzenie, ale jego efekt jest to, co fizycy nazywają liniowym, co oznacza, że ​​ilość światła, które można uzyskać, jest proporcjonalna do zamontowanego mocowania.

Nie tak działa dioda elektroniczna. Jego zachowanie jest nieliniowe, co oznacza, że ​​niewielka zmiana na wejściu może spowodować wyraźną zmianę na wyjściu. Na przykład niewielka zmiana prądu elektronicznego może spowodować spadek prądu wyjściowego do zera. To wysoce nieliniowe zachowanie sprawia, że ​​diody elektroniczne są tak przydatne.

Nic więc dziwnego, że fizycy szukali sposobów na zrobienie czegoś podobnego z falami elektromagnetycznymi. Wiedzą na przykład, że kryształy jodanu litu zachowują się w ten sposób, tyle że efekt jest niewielki. Przed wynalezieniem lasera fizycy uważali, że natężenie światła niezbędne do zaobserwowania efektu może istnieć tylko wewnątrz gwiazd.

Dzisiaj Ilya Shadrivov z Australijskiego Uniwersytetu Narodowego w Canberze i jego kumple twierdzą, że dzięki nieliniowej magii matemateriałów, rzeczy, które zostały zaprojektowane, aby manipulować zachowaniem przechodzącego przez nie światła, można zrobić znacznie więcej.

Metamateriały są budowane przy użyciu powtarzających się układów elementów elektronicznych, takich jak rezystory i kondensatory o różnych kształtach, które razem oddziałują z falami elektromagnetycznymi. Te składniki są jak molekuły lub metamolekuły – są materiałem, z którego zbudowane są metamateriały.

Shadrivov i wsp. twierdzą, że możliwe jest stworzenie zachowania przypominającego diodę za pomocą metamolekuły złożonej z dwóch przewodów oddzielonych arkuszem dielektryka i obróconych względem siebie.

Mikrofala przechodząca przez przewody generuje w każdym z nich prądy, które mają tendencję do interakcji. Przy pewnych częstotliwościach prądy te wzmacniają się lub znoszą. Dodanie nieliniowej diody do jednego z przewodów sprawia, że ​​efekt metamolekuły również staje się nieliniowy.

Rezultatem jest urządzenie, które działa jak dioda dla światła spolaryzowanego w prawo o określonej częstotliwości, ale jest całkowicie przezroczyste dla światła spolaryzowanego w lewo. Kierunek dopuszczalnej transmisji zależy od częstotliwości mikrofal. Chiralność urządzenia można odwrócić, zmieniając względny kąt przewodów.

Wykreśl to zachowanie, a od razu zobaczysz złożoność krzywej odpowiedzi. Krzywe transmisji mówią, że Shadrivov i spółka mają niezwykłe podobieństwo do odpowiedzi I-V diody elektronicznej.

To silny efekt, w przeciwieństwie do jodanu litu. Transmisja w jednym kierunku może różnić się od tej w drugim o 18 dB, czyli 65 razy. W sumie nowy efekt przewyższa ten znaleziony w jodanie litu o 12 rzędów wielkości, mówią Shadrivov i koledzy. Nie jest zły!

Ale to urządzenie może być jeszcze bardziej znaczące. Krzywa transmisji wykazuje efekt histerezy. Oznacza to, że rzeczywiste natężenie przepuszczanego światła przyjmuje różne wartości dla tego samego wejścia, w zależności od historii urządzenia.

Jeśli to brzmi znajomo, to dlatego, że jest bardzo podobny rodzaj zachowania występuje u memrystorów .

Memrystory są jednym z podstawowych elementów składowych obwodów elektronicznych, obok kondensatorów i cewek oporowych. Uważano, że ich istnienie jest całkowicie teoretyczne, aż kilka lat temu natknęli się na nie inżynierowie z HP Labs w Palo Alto.

Ich wielką obietnicą jest to, że mogą być używane do przetwarzania i przechowywania informacji, ponieważ mogą mieć więcej niż jedno wyjście przy określonym wejściu.

Istnieje nadzieja, że ​​memrystory sprawią, że elektroniczne obwody logiczne będą prostsze, a przez to tańsze. Bardziej ambitnym tokiem myślenia jest to, że memrystory umożliwią zupełnie nowe typy obwodów przetwarzania informacji, które bardziej naśladują sposób działania mózgu. Nadal czekamy, aby zobaczyć. Ale nie brakuje ludzi, którzy próbują.

Pomysł, że podobne urządzenie może działać na falach elektromagnetycznych, jeśli tak się stanie, może wywołać podobny rodzaj gorączki złota. Patrz na przestrzeń!

Nr ref.: arxiv.org/abs/1010.5830 : Analog fali elektromagnetycznej diody elektronicznej

ukryć