211service.com
Fyzici staví diodu pro elektromagnetické vlny
Elektronická dioda je zařízení, které umožňuje proudění v jednom směru, ale ne ve druhém. To z nich dělá užitečné věci. Ve skutečnosti tak praktické, že byste jen těžko hledali elektronické zařízení, které žádné neobsahuje. Bez nadsázky lze říci, že se staly jedním ze základních stavebních kamenů moderního světa.
Fyzici už nějakou dobu vědí, že je možné vyrobit zařízení podobná diodám pro elektromagnetické vlny. Matematika šíření elektromagnetických vln naznačuje, že určité typy materiálů by měly umožnit průchod polarizovaných vln jedním směrem, ale ne druhým, když se koupají v magnetickém poli. Inženýři mohou takové zařízení snadno postavit, ale jeho účinek je to, co fyzici nazývají lineární, což znamená, že množství světla, které dostanete, je úměrné montáži, kterou vložíte.
Takto elektronická dioda ve skutečnosti nefunguje. Jeho chování je nelineární, což znamená, že malá změna na vstupu může mít zásadní změnu na výstupu. Například malá změna elektronického proudu může způsobit pokles výstupního proudu na nulu. Toto vysoce nelineární chování je důvodem, proč jsou elektronické diody tak užitečné.
Není tedy divu, že fyzici hledali způsoby, jak udělat něco podobného s elektromagnetickými vlnami. Vědí například, že krystaly jodičnanu lithného se chovají takto, až na to, že účinek je nepatrný. Před vynálezem laseru si fyzici mysleli, že intenzita světla nezbytná k pozorování efektu může existovat pouze uvnitř hvězd.
Dnes Ilya Shadrivov z Australské národní univerzity v Canbeře a kamarádi říkají, že je možné dělat mnohem lépe než toto díky nelineární magii materiálů, látek, které byly navrženy tak, aby manipulovaly s chováním světla, které jím prochází.
Metamateriály jsou vytvářeny pomocí opakujících se polí elektronických součástek, jako jsou odpory a kondenzátory různých tvarů, které spolu interagují s elektromagnetickými vlnami. Tyto složky jsou jako molekuly nebo metamolekuly – jsou to látky, ze kterých jsou vyrobeny metamateriály.
Shadrivov a spol. říkají, že je možné vytvořit chování podobné diodě pomocí metamolekuly vyrobené ze dvou drátů oddělených dielektrickou fólií a otočených vůči sobě navzájem.
Mikrovlnná trouba procházející dráty generuje v každém proudy, které mají tendenci interagovat. Při určitých frekvencích se tyto proudy znovu zesilují nebo ruší. Přidání nelineární diody k jednomu z vodičů způsobí, že efekt metamolekuly bude také nelineární.
Výsledkem je zařízení, které funguje jako dioda pro pravotočivé polarizované světlo specifické frekvence, ale je zcela transparentní pro levostranné polarizované světlo. Směr přípustného přenosu závisí na frekvenci mikrovln. A chiralita zařízení může být obrácena změnou relativního úhlu drátů.
Zakreslete toto chování a okamžitě uvidíte složitost křivky odezvy. Přenosové křivky říkají, že Shadrivov a spol. mají pozoruhodnou podobnost s I-V odezvou elektronické diody.
To je silný účinek, na rozdíl od toho pozorovaného u jodičnanu lithného. Přenos v jednom směru se může lišit od přenosu v druhém o 18 dB, což je faktor 65. A celkově nový efekt převyšuje účinek nalezený u jodičnanu lithného o 12 řádů, říkají Shadrivov a kamarádi. Není špatné!
Ale toto zařízení může být ještě významnější. Křivka přenosu ukazuje hysterezní efekt. To znamená, že skutečná intenzita procházejícího světla nabývá pro stejný vstup různé hodnoty v závislosti na historii zařízení.
Pokud vám to zní povědomě, je to proto, že je to velmi podobné typ chování se vyskytuje v memristorech .
Memristory jsou jedním ze základních stavebních bloků elektronických obvodů spolu s odporovými kondenzátory a induktory. Jejich existence byla považována za čistě teoretickou, dokud na ně před několika lety nenarazili inženýři z HP Labs v Palo Alto.
Jejich velkým příslibem je, že mohou být použity ke zpracování a ukládání informací, protože mohou mít více než jeden výstup s určitým vstupem.
Jednou z nadějí je, že memristory učiní elektronické logické obvody jednoduššími, a tedy levnějšími. Ambicióznější myšlenkou je, že memristory umožní zcela nové typy obvodů pro zpracování informací, které více napodobují způsob, jakým funguje mozek. Stále čekáme, až uvidíme. Ale o lidi, kteří se snaží, není nouze.
Myšlenka, že podobný typ zařízení by mohl fungovat na elektromagnetických vlnách, pokud se ukáže, že tomu tak je, by mohla vyvolat podobný druh zlaté horečky. Sledujte tento prostor!
Ref: arxiv.org/abs/1010.5830 : Elektromagnetická vlna analog elektronické diody