Fisikawan melakukan pengukuran 'refleksi waktu' untuk pertama kalinya dalam gelombang mikro

Fisikawan di AS telah mengamati efek dikenal sebagai refleksi waktu dalam gelombang elektromagnetik untuk pertama kalinya. Mereka mendeteksi fenomena tersebut – bagian temporal dari refleksi spasial yang sudah dikenal – dengan secara cepat mengganti serangkaian kapasitor dalam jenis metamaterial baru. Mereka mengatakan hasilnya dapat meningkatkan komunikasi nirkabel dan pada akhirnya membantu mewujudkan komputasi optik yang sudah lama dicari.

Refleksi sehari-hari melibatkan transformasi paket gelombang ketika bertemu dengan antarmuka di wilayah ruang yang berbeda. Proses mempertahankan urutan temporal, sehingga bagian terdepan dari gelombang insiden tetap berada di depan setelah refleksi. Ini berarti bahwa objek yang lebih jauh dari cermin terlihat lebih jauh dalam pantulan, sementara suara dalam gema kembali dalam urutan yang sama saat dipancarkan.

Refleksi waktu sebaliknya melibatkan paket gelombang yang diubah sebagai hasil dari perubahan waktu yang tiba-tiba yang berlaku sama di seluruh media yang dilaluinya. Dengan kata lain, materi yang bersangkutan mengalami pergeseran sifat-sifatnya secara tiba-tiba. Hal ini menyebabkan gelombang berganti arah sedemikian rupa sehingga trailing edge-nya sebelum dipantulkan sekarang berada di depan. Objek yang lebih dekat dengan cermin di dunia nyata akan terlihat lebih jauh dalam pantulannya, sedangkan untuk gema suara terakhir yang dipancarkan akan menjadi yang pertama tiba kembali.

Kedua proses menghemat jumlah yang berbeda. Gelombang yang memantul dari suatu objek mentransfer momentum ke objek itu sementara frekuensinya dilestarikan. Sebaliknya, gelombang yang dipantulkan dalam waktu harus menjaga momentum, menyebabkan perubahan kecepatan osilasi (frekuensinya). Dengan kata lain, gelombang yang dipantulkan mempertahankan bentuknya tetapi direntangkan dalam waktu.

Sampai saat ini, para ilmuwan hanya mengamati pantulan sementara dalam gelombang air. Melihat hal yang sama dalam radiasi elektromagnetik diperumit oleh tingginya frekuensi gelombang. Triknya melibatkan kemampuan untuk mengganti indeks bias material secara seragam pada kecepatan yang cukup tinggi – memakan waktu jauh lebih sedikit daripada periode gelombang – dan dengan kontras yang cukup besar untuk menghasilkan efek terukur.

Saatnya untuk berefleksi

Andrea Alu dan rekan-rekannya di City University of New York kini telah berhasil melakukannya dengan merancang metamaterial jenis baru. Metamaterial memiliki sifat elektromagnetik yang mencolok, berkat sejumlah besar struktur rekayasa kecil yang diatur dengan tepat.

Bahan yang dimaksud terdiri dari strip logam sepanjang 6 m yang berfungsi sebagai pandu gelombang gelombang mikro yang bolak-balik 20 kali untuk membentuk perangkat sekitar 30 cm.². Tiga puluh sirkuit kapasitif diposisikan secara berkala di sepanjang strip, tetapi dipisahkan darinya oleh sakelar. Idenya adalah untuk menyuntikkan rangkaian pulsa gelombang mikro dan kemudian menghidupkan atau mematikan semua sirkuit pada saat yang sama saat pulsa sedang transit di sepanjang strip – menyebabkan perubahan mendadak dalam indeks bias dan impedansi efektif metamaterial. Perubahan mendadak itu untuk sementara mencerminkan sinyal gelombang mikro.

Alù dan rekannya dapat menggandakan (atau membagi dua) indeks bias dalam waktu yang jauh lebih singkat daripada yang dibutuhkan gelombang untuk menyelesaikan satu osilasi, berkat sirkuit peralihan mereka yang mengambil jalan pintas melintasi pandu gelombang yang berkelok-kelok. Menyuntikkan sinyal yang terdiri dari dua puncak yang tidak sama kuatnya dan kemudian menghubungkan sirkuit kapasitif, mereka menemukan bahwa sebagian dari sinyal tiba kembali di port input dengan puncak dalam urutan terbalik dan direntangkan dalam waktu – seperti yang diharapkan untuk sementara waktu. - gelombang yang dipantulkan Sisa sinyal malah kembali ke pelabuhan dengan dua puncak dalam urutan aslinya, setelah secara spasial dipantulkan dari ujung metamaterial.

Menurut Alù, sifat analog dari mekanisme pembalikan waktu ini dapat mengarah pada beberapa aplikasi. Misalnya, katanya, itu mungkin digunakan untuk memerangi distorsi dalam saluran data nirkabel. Distorsi seperti itu sering diperkirakan oleh stasiun penerima yang mengirimkan kembali sinyal yang diketahui ke pemancar dengan profil temporal terbalik. Tapi ini biasanya melibatkan digitalisasi sinyal. Dengan refleksi waktu yang sepenuhnya analog, dia mengatakan bahwa penggunaannya dapat menghemat waktu, energi, dan memori.

Insinyur radio mungkin mengatakan bahwa mereka memiliki instrumen baru di kotak peralatan mereka

Simon Zanotto

Dalam jangka panjang, katanya, skema tersebut mungkin akan digunakan dalam generasi baru komputer optik analog. Seperti yang dia tunjukkan, waktu dan energi dikorbankan di komputer saat ini karena harus mengubah sinyal listrik analog ke dan dari domain digital. Namun ternyata salah satu jenis operasi analog yang sangat berguna untuk pemrosesan dan komputasi sinyal adalah konjugasi fase – transformasi yang terjadi ketika gelombang mengalami pantulan waktu.

Sebelum hal ini terjadi, Alù dan rekan-rekannya akan berusaha mengecilkan metamaterial mereka sejauh mungkin. Dia mengatakan mereka saat ini sedang mengerjakan versi skala chip yang akan beroperasi pada frekuensi yang jauh lebih tinggi – dalam kisaran puluhan gigahertz, daripada ratusan megahertz dari perangkat mereka saat ini. Mereka mungkin mencapai terahertz dan seterusnya, katanya, meskipun pada saat itu mereka harus menggunakan pulsa laser daripada saklar listrik.

Kristal waktu: pencarian fase materi baru

Chen Shen dari Universitas Rowan di AS, yang tidak terlibat dalam penelitian ini, berpendapat bahwa kemampuan untuk mengontrol spektrum gelombang radio dapat memungkinkan aplikasi seperti pencitraan medis pembalikan waktu, penyelubungan temporal (pendamping penyelubungan spasial) dan perkiraan saluran yang lebih baik. angka dalam komunikasi nirkabel. “Demonstrasi ini menunjukkan bahwa modulasi waktu dapat ditambahkan sebagai bahan baru untuk manipulasi gelombang,” katanya.

Simon Zanotto dari Scuola Normale Superiore di Pisa, Italia, setuju. "Insinyur radio mungkin mengatakan bahwa mereka memiliki instrumen baru di kotak peralatan mereka," katanya. “Instrumen yang prinsip pengoperasiannya dipahami dengan baik dan mungkin dapat disetel lebih lanjut sesuai kebutuhan mereka.”

Penelitian ini dipublikasikan di Fisika Alam.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• Platoblockchain. Intelijen Metaverse Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• Sumber: https://physicsworld.com/a/physicists-perform-first-ever-measurement-of-time-reflection-in-microwaves/