Исследователи производят синтетические эффекта Холла для достижения односторонней передачи радио

Исследователи из Университета штата Иллинойс в Урбана-Шампейн повторили один из самых известных электромагнитных эффектов в физике эффект Холла, с помощью радиоволн (фотонов), а не электрический ток (электроны). Их методика может быть использована для создания современных систем связи, которые повышают передачи сигнала в одном направлении, одновременно поглощая сигналы, идущие в противоположном направлении.

Эффект Холла, открытый в 1879 году Эдвин Холл, возникает из-за взаимодействия между заряженными частицами и электромагнитными полями. В электрическом поле, отрицательно заряженные частицы (электроны) испытать силы противоположно направлению поля. В магнитное поле, движутся электроны испытывают силу в направлении, перпендикулярном направлению их движения и магнитное поле. Эти две силы объединить в эффект Холла, где перпендикулярных электрического и магнитного полей объединяются, чтобы генерировать электрический ток. Света не взимается, поэтому регулярные электрического и магнитного полей не могут быть использованы для создания аналогичных «ток света». Однако, в недавней статье, опубликованной в натуральном комментарий Letters, исследователи сделали ровно это с помощью того, что они называют «синтетические электрического и магнитного полей.»

Исследовательская группа основные следователь Гаурав Баль работает на несколько методов, чтобы улучшить радио и оптической передачи данных, а также волоконно-оптической связи. Ранее в этом году группа эксплуатировал взаимодействия световых и звуковых волн для подавления рассеяния света от дефектов материала и опубликовал результаты в Optica. В 2018 году, член команды Кристофер Питерсон был ведущим автором в научный прогресс документа, который объяснил технологию, которая обещает вдвое сократить пропускную способность, необходимую для связи, позволяя в качестве антенны для передачи и приема сигналов на одной частоте одновременно через процесс, называемый соединение невзаимная.

В текущем исследовании, Петерсон предоставил еще один перспективный метод направленно контроль передачи данных, используя принцип похож на эффекте Холла. Вместо электрического тока, команда создается «ток света» путем создания искусственных электрических и магнитных полей, которые влияют на свет тем же способом нормального поля воздействуют на электроны. В отличие от обычных электрических и магнитных полей, эти синтетические поля создаются путем изменения структуры, что свет распространяется в пространстве и времени.

«Хотя радиоволны не несут заряда и поэтому не испытывают сил от электрических или магнитных полей, физики знали в течение нескольких лет, что эквивалентно силы могут быть произведены путем ограничения света в структуры, которые изменяются в пространстве и времени», — пояснил Петерсон. «Скорость изменения структуры во времени фактически пропорциональна электрическому полю, и скорость изменения в пространстве пропорциональна магнитному полю. Хотя эти синтетические поля ранее были рассмотрены отдельно, мы показали, что их сочетание влияет на фотоны точно так же, как оно влияет на электроны».

Для создания специально разработанной схеме, чтобы усилить взаимодействие между этими синтетические поля и радиоволн, команда использовала принцип эффекта Холла для усиления радиосигналов, идущих в одном направлении, что повышает их прочность, а также останавливать и поглощать сигналы идут в другом направлении. Их эксперименты показали, что при правильном сочетании синтетических полей, сигналы могут передаваться с помощью цепи, более чем в 1000 раз как эффективно в одном направлении, чем в противоположном направлении. Их исследования могут быть использованы для создания новых устройств, которые защищают источники радиоволн от потенциально вредные помехи, или что поможет обеспечить чувствительной квантово-механического измерения точны. Команда также работает над экспериментами, которые расширяют понятие для других видов волн, в том числе света и механических колебаний, как они выглядят, чтобы создать новый класс устройств, основанных на применении эффекта Холла за пределами своего домена.