Fysikere bygger diode til elektromagnetiske bølger

Den elektroniske diode er en enhed, der tillader strøm at bevæge sig i den ene retning, men ikke den anden. Det gør dem til praktiske ting at have omkring sig. Faktisk så praktisk, at det ville være svært at finde en elektronisk enhed, der ikke indeholder en. Det er ingen overdrivelse at sige, at de er blevet en af ​​de grundlæggende byggesten i den moderne verden.

Fysikere har i nogen tid vidst, at det er muligt at lave diode-lignende enheder til elektromagnetiske bølger. Matematikken for elektromagnetisk bølgeudbredelse antyder, at visse typer materiale bør tillade polariserede bølger at passere i den ene retning, men ikke den anden, når de bades i et magnetfelt. Ingeniører kan nemt bygge sådan en enhed, men dens effekt er, hvad fysikere kalder lineær, hvilket betyder, at mængden af ​​lys, du får ud, er proportional med den montering, du sætter i.

Det er egentlig ikke sådan en elektronisk diode fungerer. Dens adfærd er ikke-lineær, hvilket betyder, at en lille ændring i input kan have en mssiv ændring i output. For eksempel kan en lille ændring i den elektroniske strøm få udgangsstrømmen til at falde til nul. Denne meget ikke-lineære adfærd er det, der gør elektroniske dioder så nyttige.

Så det er ikke underligt, at fysikere har søgt efter måder at gøre noget lignende med elektromagnetiske bølger. De ved for eksempel, at lithiumiodatkrystaller opfører sig sådan, bortset fra at effekten er lille. Før opfindelsen af ​​laseren troede fysikere, at den lysintensitet, der var nødvendig for at se effekten, kun kunne eksistere inde i stjerner.

I dag siger Ilya Shadrivov ved Australian National University i Canberra og venner, at det er muligt at gøre meget bedre end dette takket være den ikke-lineære magi af matematerialer, ting, der er blevet konstrueret til at manipulere opførselen af ​​lys, der rejser gennem det.

Metamaterialer er bygget ved hjælp af gentagne arrays af elektroniske komponenter som modstande og kondensatorer af forskellige former, der sammen interagerer med elektromagnetiske bølger. Disse komponenter er som molekyler eller metamolekyler - de er de ting, som metamaterialer er lavet af.

Shadrivov og co siger, at det er muligt at skabe diode-lignende adfærd ved hjælp af metamolekyle lavet af to ledninger adskilt af en dielektrisk plade og roteret i forhold til hinanden.

En mikrobølgeovn, der passerer gennem ledninger, genererer strømme i hver, der har tendens til at interagere. Ved visse frekvenser forstærker eller udligner disse strømme. Tilføjelse af en ikke-lineær diode til en af ​​ledningerne gør effekten af ​​metamolekylet også ulineær.

Resultatet er en enhed, der fungerer som en diode for højrehåndet polariseret lys af en bestemt frekvens, men er fuldstændig gennemsigtig for venstrehåndet polariseret lys. Retningen for den tilladte transmission afhænger af mikrobølgernes frekvens. Og enhedens chiralitet kan vendes ved at ændre den relative vinkel på ledningerne.

Plot denne adfærd, og du kan straks se kompleksiteten af ​​responskurven. Transmissionskurverne siger, at Shadrivov og co har en bemærkelsesværdig lighed med I-V-responsen af ​​en elektronisk diode.

Dette er en stærk effekt, i modsætning til den, der ses i lithiumiodat. Transmissionen i den ene retning kan afvige fra den i den anden med 18dB, det er en faktor på 65. Og i alt overstiger den nye effekt den, der findes i lithiumiodat, med 12 størrelsesordener, siger Shadrivov og kammerater. Ikke dårligt!

Men denne enhed kan stadig være mere betydningsfuld. Transmissionskurven viser en hystereseeffekt. Det betyder, at den faktiske intensitet af det transmitterede lys tager forskellige værdier for det samme input, afhængigt af enhedens historie.

Hvis det lyder bekendt, er det fordi en meget lignende type adfærd forekommer i memristorer .

Memristorer er en af ​​de grundlæggende byggesten i elektroniske kredsløb sammen med modstande, kondensatorer og induktorer. Deres eksistens blev anset for at være helt teoretisk, indtil for blot et par år siden, da ingeniører ved HP Labs i Palo Alto faldt over dem.

Deres store løfte er, at de kan bruges til at behandle og gemme information, da de kan have mere end én output givet et bestemt input.

Et håb er, at memristorer vil gøre elektroniske logiske kredsløb enklere og derfor billigere. En mere ambitiøs tankegang er, at memristorer vil muliggøre helt nye typer informationsbehandlingskredsløb, der i højere grad efterligner den måde, hjernen fungerer på. Vi venter stadig på at se. Men der er ingen mangel på folk, der prøver.

Ideen om, at en lignende type enhed kunne fungere på elektromagnetiske bølger, hvis det viser sig at være tilfældet, kunne udløse en lignende form for guldfeber. Hold øje med dette rum!

Ref: arxiv.org/abs/1010.5830 : Elektromagnetisk bølgeanalog af elektronisk diode

skjule