A fizikusok először mérik az „idővisszaverődést” mikrohullámú sütőben

Fizikusok az Egyesült Államokban hatást figyeltek meg először elektromágneses hullámban időreflexióként ismert. A jelenséget – az ismert térbeli reflexió időbeli megfelelőjét – egy új típusú metaanyagban lévő kondenzátorsorozat gyors váltásával észlelték. Szerintük az eredmény javíthatja a vezeték nélküli kommunikációt, és végső soron hozzájárulhat a régóta keresett optikai számítástechnika megvalósításához.

A mindennapi visszaverődés magában foglalja a hullámcsomag átalakulását, amikor a tér egy meghatározott tartományában találkozik egy interfésszel. A folyamat megőrzi az időbeli rendezettséget, így a beeső hullám vezető része a visszaverődés után előre marad. Ez azt jelenti, hogy a tükörtől távolabb lévő tárgyak távolabbinak tűnnek a visszaverődésben, míg a visszhangban lévő hangok ugyanabban a sorrendben érkeznek vissza, ahogyan kibocsátották.

Az időreflexió helyett egy hullámcsomag átalakul az időben bekövetkező hirtelen változás eredményeként, amely egyformán érvényesül az egész közegben, amelyen áthalad. Más szóval, a kérdéses anyag tulajdonságaiban hirtelen megváltozik. Ez azt eredményezi, hogy a hullám irányt változtat úgy, hogy a visszaverődés előtti hátsó éle most elöl van. A valós világban a tükörhöz közelebb eső tárgyak távolabbra néznek a visszaverődésben, míg visszhang esetén az utolsó kibocsátott hang érkezne vissza először.

A két folyamat különböző mennyiségeket takarít meg. Az objektumról visszapattanó hullám lendületet ad át az objektumnak, miközben a frekvenciája megmarad. Ezzel szemben az időben visszavert hullámnak meg kell őriznie lendületét, ami változást okoz a rezgési sebességében (frekvenciájában). Más szavakkal, a visszavert hullám megtartja alakját, de időben megnyúlik.

Eddig a tudósok csak a vízhullámokban figyeltek meg ilyen időbeli visszaverődéseket. Ugyanennek az elektromágneses sugárzásban való látását megnehezíti a hullámok magas frekvenciája. A trükk abban rejlik, hogy egy anyag törésmutatóját egyenletesen, kellően nagy sebességgel – a hullámperiódusnál jóval rövidebb idő alatt – és elég nagy kontraszttal váltani kell ahhoz, hogy mérhető hatást generáljunk.

Ideje elmélkedni

Andrea Alù és a New York-i City University munkatársainak sikerült ezt elérniük egy újfajta metaanyag kidolgozásával. A metaanyagok feltűnő elektromágneses tulajdonságokkal rendelkeznek, köszönhetően a nagyszámú apró, pontosan elrendezett mérnöki szerkezetüknek.

A szóban forgó anyag egy 6 m hosszú fémcsíkból áll, amely mikrohullámú hullámvezetőként szolgál, és 20-szor ide-oda kígyózik, és mintegy 30 cm-es eszközt alkot.². Harminc kapacitív áramkör van elhelyezve szabályos időközönként a szalag hosszában, de kapcsolókkal elválasztva attól. Az ötlet az, hogy mikrohullámú impulzusok sorozatát fecskendezik be, majd egyszerre kapcsolják be vagy ki az összes áramkört, miközben az impulzusok a szalag mentén haladnak – ami hirtelen változást okoz a metaanyag effektív törésmutatójában és impedanciájában. Ez a hirtelen változás időlegesen tükrözi a mikrohullámú jelet.

Alù és munkatársai sokkal rövidebb idő alatt tudták megduplázni (vagy felére) a törésmutatót, mint amennyi a hullámnak egyetlen oszcillációhoz kellett volna, köszönhetően a kapcsoló áramkörüknek, amely rövidre zárta a kígyózó hullámvezetőt. Két egyenlőtlenül erős csúcsból álló jelet injektálva, majd a kapacitív áramköröket összekapcsolva azt találták, hogy a jel egy része a csúcsokkal fordított sorrendben és időben kinyúlva érkezett vissza a bemeneti portra – ahogy az egy ideig várható is. -visszavert hullám. A jel többi része ehelyett visszatért a portba a két csúcs eredeti sorrendjében, térben visszaverve a metaanyag túlsó végéről.

Alù szerint ennek az időfordító mechanizmusnak analóg jellege számos alkalmazáshoz vezethet. Például azt mondja, hogy használható a vezeték nélküli adatcsatornák torzításának leküzdésére. Az ilyen torzítást gyakran úgy becsülik meg, hogy egy vevőállomás ismert jeleket küld vissza az adónak, és azok időbeli profilja megfordul. De ez általában a jelek digitalizálását jelenti. Mivel az időreflexiók ehelyett teljesen analógok, azt mondja, hogy használatával időt, energiát és memóriát takaríthatnak meg.

A rádiómérnökök azt mondhatják, hogy új hangszer van az eszköztárukban

Simone Zanotto

Hosszabb távon azt mondja, hogy a rendszer az analóg optikai számítógépek új generációjában is hasznosítható lehet. Mint rámutat, a jelenlegi számítógépekben időt és energiát áldoznak fel az analóg elektromos jelek digitális tartományba történő és onnan történő átalakítása miatt. De kiderült, hogy az analóg műveletek egyik típusa, amely különösen hasznos a jelfeldolgozásban és a számítástechnikában, a fáziskonjugáció – az az átalakulás, amely akkor megy végbe, amikor a hullámok időbeli visszaverődésen mennek keresztül.

Mielőtt ez megtörténhet, Alù és kollégái megpróbálják a lehető legnagyobb mértékben csökkenteni metaanyagukat. Elmondása szerint jelenleg egy chip-méretű változaton dolgoznak, amely sokkal magasabb frekvenciákon működne – a jelenlegi készülékük több száz megahertzese helyett több tíz gigahertzes tartományban. Elképzelhető, hogy elérik a terahertz-et és azon túl is, mondja, bár ezen a ponton elektromos kapcsolók helyett lézerimpulzusokat kellene használniuk.

Időkristályok: az anyag új fázisának keresése

Chen Shen Az amerikai Rowan Egyetem munkatársa, aki nem vett részt a munkában, úgy véli, hogy a rádióhullámok spektrumának szabályozásának képessége olyan alkalmazásokat tesz lehetővé, mint az időfordításos orvosi képalkotás, az időbeli álcázás (a térbeli álcázás megfelelője) és a csatorna jobb becslése. számok a vezeték nélküli kommunikációban. „Ezek a demonstrációk azt mutatják, hogy az időmoduláció új összetevőként hozzáadható a hullámmanipulációhoz” – mondja.

Simone Zanotto Az olaszországi pisai Scuola Normale Superiore munkatársa egyetért. „A rádiómérnökök azt mondhatják, hogy új hangszer van a szerszámosládájukban” – mondja. „Olyan hangszer, amelynek működési elve jól ismert, és valószínűleg tovább hangolható az igényeiknek megfelelően.”

A kutatást a Természetfizika.

• SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
• Platoblockchain. Web3 metaverzum intelligencia. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
• Forrás: https://physicsworld.com/a/physicists-perform-first-ever-measurement-of-time-reflection-in-microwaves/