물리학자들은 마이크로파에서 '시간 반사'의 최초 측정을 수행합니다.

미국의 물리학자 효과를 관찰했다 처음으로 전자기파의 시간 반사로 알려져 있습니다. 그들은 새로운 유형의 메타물질에서 일련의 축전기를 빠르게 전환하여 친숙한 공간 반사의 시간적 대응물인 현상을 감지했습니다. 그들은 그 결과가 무선 통신을 개선하고 궁극적으로 오랫동안 추구해 온 광학 컴퓨팅을 실현하는 데 도움이 될 것이라고 말합니다.

일상적인 반사에는 별개의 공간 영역에서 인터페이스를 만날 때 웨이브 패킷의 변환이 포함됩니다. 이 프로세스는 시간적 순서를 유지하므로 입사 파동의 선행 부분이 반사 후에도 앞에 남아 있습니다. 즉, 거울에서 멀리 있는 물체는 반사 시 더 멀리 보이는 반면 에코의 소리는 방출된 순서대로 다시 도착합니다.

대신 시간 반사는 통과하는 매체 전체에 동일하게 적용되는 급격한 시간 변화의 결과로 변환되는 웨이브 패킷을 포함합니다. 즉, 문제의 재료는 속성이 갑자기 변합니다. 이로 인해 웨이브가 방향을 전환하여 반사 이전의 트레일링 에지가 이제 전면에 있게 됩니다. 현실 세계에서 거울에 더 가까운 물체는 반사에서 더 멀리 보이는 반면, 에코의 경우 방출된 마지막 소리가 가장 먼저 다시 도착합니다.

두 프로세스는 서로 다른 양을 보존합니다. 물체에서 반사되는 파동은 주파수가 보존되는 동안 운동량을 해당 물체로 전달합니다. 반대로 시간에 반사된 파동은 운동량을 유지해야 하므로 진동하는 속도(주파수)를 변경해야 합니다. 즉, 반사파는 모양을 유지하지만 시간이 지남에 따라 늘어납니다.

지금까지 과학자들은 물결에서 그러한 시간적 반사를 관찰했을 뿐입니다. 전자기파에서 같은 것을 보는 것은 파동의 고주파로 인해 복잡합니다. 비결은 재료의 굴절률을 충분히 높은 속도(파동 주기보다 훨씬 짧은 시간)와 측정 가능한 효과를 생성할 수 있을 만큼 충분히 큰 대비로 균일하게 전환할 수 있는 것과 관련이 있습니다.

반영 할 시간

안드레아 알루 그리고 뉴욕 시립 대학의 동료들은 이제 새로운 종류의 메타 물질을 고안함으로써 그것을 하는 데 성공했습니다. 메타물질은 수많은 미세하고 정밀하게 배열된 공학적 구조 덕분에 놀라운 전자기적 특성을 가지고 있습니다.

문제의 물질은 약 6cm의 장치를 형성하기 위해 앞뒤로 20회 구불구불 움직이는 마이크로파 도파관 역할을 하는 30m 길이의 금속 스트립으로 구성됩니다.². XNUMX개의 용량성 회로가 스트립의 길이를 따라 일정한 간격으로 배치되지만 스위치로 분리됩니다. 아이디어는 일련의 마이크로웨이브 펄스를 주입한 다음 펄스가 스트립을 따라 이동하는 동안 동시에 모든 회로를 켜거나 끄는 것입니다. 그러면 메타물질의 유효 굴절률과 임피던스가 갑자기 변경됩니다. 그 급격한 변화는 마이크로파 신호를 일시적으로 반영합니다.

Alù와 동료들은 구불구불한 도파관을 가로지르는 지름길을 택한 스위칭 회로 덕분에 단일 진동을 완료하는 데 걸리는 시간보다 훨씬 짧은 시간에 굴절률을 두 배(또는 절반)로 만들 수 있었습니다. 두 개의 서로 다른 강한 피크로 구성된 신호를 주입한 다음 용량성 회로를 연결하면 신호의 일부가 피크가 역순으로 입력 포트에 다시 도착하고 시간이 지남에 따라 늘어나는 것을 발견했습니다. -반사파. 대신 나머지 신호는 원래 순서대로 두 개의 피크가 있는 포트로 반환되어 메타물질의 맨 끝에서 공간적으로 반사됩니다.

Alù에 따르면, 이 시간 역전 메커니즘의 아날로그적 특성은 많은 응용 프로그램으로 이어질 수 있습니다. 예를 들어 무선 데이터 채널의 왜곡을 방지하는 데 사용할 수 있다고 그는 말합니다. 이러한 왜곡은 종종 시간 프로파일이 반전된 상태로 알려진 신호를 송신기로 되돌려 보내는 수신기 스테이션에 의해 추정됩니다. 그러나 이것은 일반적으로 신호를 디지털화하는 것과 관련이 있습니다. 대신 시간 반사가 완전히 아날로그이기 때문에 시간, 에너지 및 메모리를 절약할 수 있다고 그는 말합니다.

무선 엔지니어는 도구 상자에 새 기기가 있다고 말할 수 있습니다.

시몬 자노토

그는 장기적으로 이 계획이 차세대 아날로그 광학 컴퓨터에서 사용될 수 있다고 말합니다. 그가 지적한 바와 같이 현재 컴퓨터에서는 아날로그 전기 신호를 디지털 영역으로 변환하거나 디지털 영역에서 변환해야 하므로 시간과 에너지가 희생됩니다. 그러나 신호 처리 및 컴퓨팅에 특히 유용한 아날로그 작업 유형 중 하나는 파동이 시간 반사를 겪을 때 발생하는 변환인 위상 공액입니다.

이런 일이 일어나기 전에 Alù와 그의 동료들은 그들의 메타물질을 최대한 축소하려고 노력할 것입니다. 그는 현재 장치의 수백 메가헤르츠가 아니라 훨씬 더 높은 주파수(수십 기가헤르츠 범위)에서 작동하는 칩 스케일 버전을 현재 작업 중이라고 말했습니다. 그들은 테라헤르츠 이상에 도달할 수 있다고 그는 말합니다. 하지만 그 시점에서는 전기 스위치가 아닌 레이저 펄스를 사용해야 합니다.

시간 결정체: 물질의 새로운 단계 탐색

첸 셴 이 연구에 참여하지 않은 미국 로완 대학의 연구진은 전파의 스펙트럼을 제어하는 ​​능력이 시간 역전 의료 영상, 시간 클로킹(공간 클로킹에 대응) 및 더 나은 추정 채널과 같은 응용을 가능하게 할 수 있다고 생각합니다. 무선 통신의 숫자. "이러한 시연은 시간 변조가 파동 조작을 위한 새로운 요소로 추가될 수 있음을 보여줍니다."라고 그는 말합니다.

시몬 자노토 이탈리아 피사에 있는 Scuola Normale Superiore도 이에 동의합니다. "라디오 엔지니어는 도구 상자에 새 기기가 있다고 말할 수 있습니다."라고 그는 말합니다. "작동 원리가 잘 이해되고 필요에 따라 추가로 조정할 수 있는 악기입니다."

연구 결과는 자연 물리.

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• 출처: https://physicsworld.com/a/physicists-perform-first-ever-measurement-of-time-reflection-in-microwaves/