Fiziķi izveido diodes elektromagnētiskajiem viļņiem

Elektroniskā diode ir ierīce, kas ļauj strāvai pārvietoties vienā virzienā, bet ne otrā virzienā. Tas padara tos par ērtām lietām. Patiesībā tik ērts, ka jums būtu grūti atrast elektronisku ierīci, kurā tādas nav. Nav pārspīlēts teikt, ka tie ir kļuvuši par vienu no mūsdienu pasaules pamatelementiem.

Fiziķiem jau kādu laiku ir zināms, ka ir iespējams izgatavot diodēm līdzīgas ierīces elektromagnētiskajiem viļņiem. Elektromagnētisko viļņu izplatīšanās matemātika liecina, ka noteiktiem materiālu veidiem ir jāļauj polarizētajiem viļņiem iziet vienā virzienā, bet ne otrā virzienā, kad tie tiek peldēti magnētiskajā laukā. Inženieri var viegli izveidot šādu ierīci, taču tās efektu fiziķi sauc par lineāru, kas nozīmē, ka gaismas daudzums, ko jūs saņemat, ir proporcionāls jūsu ievietotajam stiprinājumam.

Tā īsti nedarbojas elektroniskā diode. Tā darbība ir nelineāra, kas nozīmē, ka nelielas izmaiņas ievadē var izraisīt milzīgas izmaiņas izvadē. Piemēram, nelielas izmaiņas elektroniskajā strāvā var izraisīt izejas strāvas samazināšanos līdz nullei. Šī ļoti nelineārā darbība padara elektroniskās diodes tik noderīgas.

Tāpēc nav brīnums, ka fiziķi ir meklējuši veidus, kā kaut ko līdzīgu izdarīt ar elektromagnētiskajiem viļņiem. Viņi, piemēram, zina, ka litija jodāta kristāli uzvedas šādi, izņemot to, ka efekts ir niecīgs. Pirms lāzera izgudrošanas fiziķi domāja, ka gaismas intensitāte, kas nepieciešama, lai redzētu efektu, varētu pastāvēt tikai zvaigznēs.

Šodien Iļja Šadrivovs Austrālijas Nacionālajā universitātē Kanberā un draugi saka, ka ir iespējams paveikt daudz labāk par šo, pateicoties nelineārajai materiālu maģijai, kas ir izstrādāta, lai manipulētu ar gaismas uzvedību, kas ceļo caur to.

Metamateriāli tiek veidoti, izmantojot atkārtotus elektronisko komponentu blokus, piemēram, dažādu formu rezistorus un kondensatorus, kas kopā mijiedarbojas ar elektromagnētiskajiem viļņiem. Šīs sastāvdaļas ir kā molekulas vai metamolekulas — tās ir lietas, no kurām tiek izgatavoti metamateriāli.

Šadrivovs un kolēģi saka, ka ir iespējams izveidot diodei līdzīgu uzvedību, izmantojot metamolekulu, kas izgatavota no diviem vadiem, kas atdalīti ar dielektrisku loksni un pagriezti viens pret otru.

Mikroviļņu krāsns, kas iet cauri vadiem, ģenerē strāvu katrā, kas mēdz mijiedarboties. Noteiktās frekvencēs šīs strāvas pastiprinās vai izzūd. Nelineāras diodes pievienošana vienam no vadiem padara metamolekulas efektu arī nelineāru.

Rezultāts ir ierīce, kas darbojas kā diode labas puses polarizētai gaismai ar noteiktu frekvenci, bet ir pilnībā caurspīdīga kreisās puses polarizētajai gaismai. Pieļaujamā pārraides virziens ir atkarīgs no mikroviļņu frekvences. Un ierīces hiralitāti var mainīt, mainot vadu relatīvo leņķi.

Uzzīmējiet šo uzvedību, un jūs uzreiz varat redzēt atbildes līknes sarežģītību. Pārraides līknes saka, ka Šadrivovam un viņa kolēģiem ir ievērojama līdzība ar elektroniskās diodes I-V reakciju.

Tas ir spēcīgs efekts, atšķirībā no litija jodāta. Raidījums vienā virzienā var atšķirties no otrā virzienā par 18 dB, kas ir koeficients 65. Un kopumā jaunais efekts pārsniedz litija jodātā konstatēto par 12 kārtām, saka Šadrivovs un draugi. Nav slikti!

Bet šī ierīce var būt vēl svarīgāka. Transmisijas līkne parāda histerēzes efektu. Tas nozīmē, ka faktiskajai raidītās gaismas intensitātei vienai un tai pašai ievadei ir dažādas vērtības atkarībā no ierīces vēstures.

Ja tas izklausās pazīstami, tas ir tāpēc, ka ir ļoti līdzīgs uzvedības veids notiek memristoros .

Memristori kopā ar rezistoru kondensatoriem un induktoriem ir viens no elektronisko ķēžu pamatelementiem. Tika uzskatīts, ka to pastāvēšana ir pilnībā teorētiska, līdz tikai pirms dažiem gadiem HP Labs inženieri Palo Alto uz tiem nejauši sastapa.

Viņu lielais solījums ir tas, ka tos var izmantot, lai apstrādātu un uzglabātu informāciju, jo tiem var būt vairāk nekā viena izvade, ja tiek dota noteikta ievade.

Viena cerība ir tāda, ka memristori padarīs elektroniskās loģiskās shēmas vienkāršākas un līdz ar to lētākas. Vērienīgāks domas virziens ir tāds, ka memristori ļaus izmantot pilnīgi jaunus informācijas apstrādes shēmu veidus, kas vairāk atdarina smadzeņu darbību. Mēs joprojām gaidām, lai redzētu. Taču netrūkst cilvēku, kuri cenšas.

Ideja, ka līdzīga veida ierīces varētu darboties ar elektromagnētiskiem viļņiem, ja tas tā izrādīsies, varētu izraisīt līdzīga veida zelta drudzi. Skatieties šo vietu!

Atsauce: arxiv.org/abs/1010.5830 : Elektroniskās diodes elektromagnētisko viļņu analogs

paslēpties