Các nhà vật lý lần đầu tiên thực hiện phép đo 'phản xạ thời gian' trong lò vi sóng

Các nhà vật lý ở Mỹ đã quan sát thấy một hiệu ứng lần đầu tiên được gọi là phản xạ thời gian trong sóng điện từ. Họ đã phát hiện ra hiện tượng này – bản sao thời gian của sự phản xạ không gian quen thuộc – bằng cách chuyển đổi nhanh chóng một loạt tụ điện trong một loại siêu vật liệu mới. Họ nói rằng kết quả này có thể cải thiện giao tiếp không dây và cuối cùng giúp mang lại điện toán quang học được tìm kiếm từ lâu.

Sự phản xạ hàng ngày liên quan đến việc biến đổi một gói sóng khi nó gặp một giao diện trong một vùng không gian riêng biệt. Quá trình này duy trì trật tự thời gian, sao cho phần đầu của sóng tới vẫn ở phía trước sau khi phản xạ. Điều này có nghĩa là các vật thể ở xa gương trông xa hơn trong phản xạ, trong khi âm thanh trong tiếng vọng lại quay trở lại theo cùng thứ tự mà chúng được phát ra.

Thay vào đó, sự phản xạ thời gian liên quan đến việc một gói sóng được biến đổi do sự thay đổi đột ngột về thời gian áp dụng như nhau trong môi trường mà nó đang đi qua. Nói cách khác, vật liệu được đề cập trải qua một sự thay đổi đột ngột về tính chất của nó. Điều này làm cho sóng chuyển hướng sao cho cạnh sau của nó trước khi phản xạ giờ ở phía trước. Các vật thể ở gần gương trong thế giới thực sẽ trông xa hơn trong phản xạ, trong khi đối với tiếng vang, âm thanh cuối cùng phát ra sẽ trở thành âm thanh đầu tiên quay trở lại.

Hai quá trình bảo toàn số lượng khác nhau. Sóng dội ra từ một vật sẽ truyền động lượng cho vật đó trong khi tần số của nó được bảo toàn. Ngược lại, sóng phản xạ theo thời gian phải bảo toàn động lượng, gây ra sự thay đổi tốc độ mà nó dao động (tần số của nó). Nói cách khác, sóng phản xạ giữ nguyên hình dạng của nó nhưng bị kéo dãn ra theo thời gian.

Cho đến nay, các nhà khoa học mới chỉ quan sát thấy những phản xạ tạm thời như vậy trong sóng nước. Nhìn thấy điều tương tự trong bức xạ điện từ là phức tạp bởi tần số cao của sóng. Thủ thuật liên quan đến việc có thể chuyển đổi chiết suất của vật liệu một cách đồng đều ở tốc độ đủ cao – mất ít thời gian hơn nhiều so với chu kỳ sóng – và với độ tương phản đủ lớn để tạo ra hiệu ứng có thể đo được.

Thời gian để phản ánh

Andrea Alù và các đồng nghiệp tại Đại học Thành phố New York hiện đã thành công trong việc thực hiện điều đó bằng cách phát minh ra một loại siêu vật liệu mới. Siêu vật liệu có các đặc tính điện từ nổi bật, nhờ vào số lượng lớn các cấu trúc kỹ thuật nhỏ được sắp xếp chính xác.

Vật liệu được đề cập bao gồm một dải kim loại dài 6 m đóng vai trò là ống dẫn sóng vi ba uốn tới lui 20 lần để tạo thành một thiết bị khoảng 30 cm². Ba mươi mạch điện dung được định vị đều đặn dọc theo chiều dài của dải, nhưng được ngăn cách với nó bằng các công tắc. Ý tưởng là đưa vào một chuỗi các xung vi sóng và sau đó bật hoặc tắt tất cả các mạch cùng lúc trong khi các xung truyền dọc theo dải – gây ra sự thay đổi đột ngột về chỉ số khúc xạ và trở kháng hiệu quả của siêu vật liệu. Sự thay đổi đột ngột đó phản ánh tạm thời tín hiệu vi sóng.

Alù và các đồng nghiệp đã có thể tăng gấp đôi (hoặc giảm một nửa) chỉ số khúc xạ trong thời gian ngắn hơn nhiều so với thời gian sóng hoàn thành một dao động đơn lẻ, nhờ vào mạch chuyển mạch của họ đi một đoạn ngắn qua ống dẫn sóng ngoằn ngoèo. Đưa vào một tín hiệu bao gồm hai đỉnh mạnh không bằng nhau và sau đó kết nối các mạch điện dung, họ phát hiện ra rằng một phần tín hiệu đã quay trở lại cổng đầu vào với các đỉnh theo thứ tự ngược lại và kéo dài theo thời gian – đúng như mong đợi trong một thời gian -sóng phản xạ Thay vào đó, phần còn lại của tín hiệu quay trở lại cổng với hai đỉnh theo thứ tự ban đầu, đã phản xạ không gian ra khỏi đầu xa của siêu vật liệu.

Theo Alù, bản chất tương tự của cơ chế đảo ngược thời gian này có thể dẫn đến một số ứng dụng. Ông nói, ví dụ, nó có thể được sử dụng để chống biến dạng trong kênh dữ liệu không dây. Sự biến dạng như vậy thường được ước tính bởi một trạm thu gửi lại các tín hiệu đã biết đến máy phát với cấu hình thời gian của chúng bị đảo ngược. Nhưng điều này thường liên quan đến việc số hóa các tín hiệu. Với việc phản xạ thời gian thay vì hoàn toàn tương tự, ông nói rằng việc sử dụng chúng có thể tiết kiệm thời gian, năng lượng và bộ nhớ.

Các kỹ sư vô tuyến có thể nói rằng họ có một công cụ mới trong hộp công cụ của họ

Simone Zanotto

Ông nói, về lâu dài, sơ đồ này có thể được sử dụng trong một thế hệ máy tính quang tương tự mới. Như ông chỉ ra, thời gian và năng lượng bị hy sinh trong các máy tính hiện tại do phải chuyển đổi các tín hiệu điện tương tự sang và từ miền kỹ thuật số. Nhưng hóa ra một loại hoạt động tương tự đặc biệt hữu ích cho việc xử lý và tính toán tín hiệu là liên hợp pha – sự biến đổi diễn ra khi sóng trải qua phản xạ thời gian.

Trước khi điều này có thể xảy ra, Alù và các đồng nghiệp của ông sẽ cố gắng thu nhỏ siêu vật liệu của họ càng nhiều càng tốt. Anh ấy nói rằng họ hiện đang làm việc trên một phiên bản quy mô chip sẽ hoạt động ở tần số cao hơn nhiều – trong phạm vi hàng chục gigahertz, thay vì hàng trăm megahertz của thiết bị hiện tại của họ. Ông nói, họ có thể đạt được tốc độ terahertz và hơn thế nữa, mặc dù tại thời điểm đó họ sẽ phải sử dụng xung laze chứ không phải công tắc điện.

Tinh thể thời gian: tìm kiếm một giai đoạn mới của vật chất

Trần Thần của Đại học Rowan ở Hoa Kỳ, người không tham gia vào công việc, cho rằng khả năng kiểm soát quang phổ của sóng vô tuyến có thể cho phép các ứng dụng như hình ảnh y tế đảo ngược thời gian, che giấu thời gian (đối trọng với che giấu không gian) và kênh ước tính tốt hơn số trong giao tiếp không dây. Ông nói: “Những minh chứng này cho thấy rằng điều chế thời gian có thể được thêm vào như một thành phần mới để điều khiển sóng.

Simone Zanotto của Scuola Normale Superiore ở Pisa, Ý, đồng ý. Ông nói: “Các kỹ sư đài phát thanh có thể nói rằng họ có một công cụ mới trong hộp công cụ của mình. “Một nhạc cụ có nguyên tắc hoạt động được hiểu rõ và có thể điều chỉnh thêm theo nhu cầu của họ.”

Nghiên cứu được xuất bản trong Vật lý tự nhiên.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/physicists-perform-first-ever-measurement-of-time-reflection-in-microwaves/