Uutiset

Tutkijat kehittivät yksinkertaisen tavan rikkoa sähkömagnetiikan vastavuoroisuuslain

Keksintö voi tehdä vastavuoroisuuden kiertämiseen tarvittavat monimutkaiset magneettirakenteet tarpeettomiksi, mistä on suurta hyötyä yhä pienenevissä tietoliikennejärjestelmissä.
visualisation of a time varying material structure, image Xuchen Wang / Aalto University
Image: Xuchen Wang / Aalto University

Kun katsomme ikkunasta ja näemme naapurimme kadulla, naapuri voi myös nähdä meidät. Tämä johtuu vastavuoroisuudeksi kutsutusta fysiikan ilmiöstä. Kahden lähteen välillä eteneviä sähkömagneettisia signaaleja, kuten valoa, säätelee vastavuoroisuuden laki: jos lähde A voi vastaanottaa signaalin lähteestä B, myös lähde B voi vastaanottaa signaalin lähteestä A samalla voimakkuudella.

Vastavuoroisuutta täytyy kiertää esimerkiksi tietoliikennejärjestelmissä ja laserteknologiassa, joissa tarvitaan yksisuuntaista signaalinsiirtoa. Tutkijat Aalto-yliopistosta, Stanfordin yliopistosta ja École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) -yliopistosta löysivät uuden yksinkertaisen tavan rikkoa vastavuoroisuuslaki muuttamalla signaalien väliaineen yhtä fysikaalista ominaisuutta ajan mukaan. Väliaine tarkoittaa materiaalia, jossa esimerkiksi valo- tai radioaallot etenevät pisteestä toiseen.

Nykyisin käytössä olevat menetelmät vastavuoroisuuslain kiertämiseen, kuten magneettirakenteet, tekevät laitteista suuria, monimutkaisia tai yhteensopimattomia muiden komponenttien kanssa. Uusi teoreettisesti esitetty menetelmä tarjoaa yksinkertaisen ja tehokkaan tavan rikkoa vastavuoroisuus ilman suuria ja monimutkaisia rakenteita.

Tietoliikennejärjestelmistä kehitetään jatkuvasti pienempiä, ja menetelmä soveltuisi erittäin hyvin pienikokoisiin järjestelmiin.

”Tämä on tärkeä virstanpylväs sekä fysiikan että tekniikan aloilla.” kertoo tutkijatohtori Xuchen Wang Aalto-yliopistosta.

Menetelmässä signaalit saadaan kulkemaan yksisuuntaisesti, kun ne kulkevat epäsymmetriseksi muotoillun rakenteen läpi ja rakenteen dielektriseksi vakioksi kutsuttua fysikaalista ominaisuutta muutetaan hetkestä toiseen. Dielektrinen vakio liittyy siihen, miten voimakkaasti materiaali vuorovaikuttaa sähkökentän kanssa.

"Ajallisen variaation avulla voimme suunnitella yksinkertaisia ​​ja pienikokoisia materiaalialustoja, jotka kykenevät yksisuuntaiseen valon siirtoon ja jopa vahvistamiseen", Xuchen Wang selittää.

Tutkimus julkaistiin fysiikan alan arvostetuimpiin kuuluvassa Physical Review Letters -tiedelehdessä. Tutkimus on saanut rahoitusta Suomen Akatemialta, Euroopan unionin Horisontti 2020 -hankkeesta, Suomen Teknologian edistämissäätiöltä sekä Yhdysvaltain ilmavoimien tieteellisen tutkimuksen toimiston MURI-projektista.

Artikkeli: X. Wang, G. Ptitcyn, V. S. Asadchy, A. Díaz-Rubio, M. S. Mirmoosa, Shanhui Fan, and S. A. Tretyakov: Nonreciprocity in Bianisotropic Systems with Uniform Time Modulation. Phys. Rev. Lett. 125, 266102

Linkki artikkeliin : doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.266102

Lisätietoja

Xuchen Wang
Tutkijatohtori
Elektroniikan ja nanotekniikan laitos, Aalto-yliopisto
[email protected]
+358503097794

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

The picture shows the School of Business in winter time and during sunset. The photo was taken by Mikko Raskinen from Aalto University.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Kaksinkertainen syy ottaa ilmastonmuutos vakavasti

Yritysten pitää ottaa ilmastovaikutuksensa tosissaan sekä kestävyyden että liiketoiminnan takia, sanoo vanhempi yliopistonlehtori Leena Lankoski.
City silhouette illustration with data symbols.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Ilmoittaudu kevään 2022 datanhallinnan ja avoimen tieteen koulutuksiin!

Aalto-yliopisto järjestää datanhallinnan ja avoimen tieteen koulutuksia keväällä 2022.
Purppuranvärisellä taustalla vaaleanrusehtavia pellavaisia kuituja, kuva Julie-Anne Gandierin materiaalitutkimuksesta, kuva Valeria Azovskaya
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Kolmelle lippulaivalle jatkorahoitus

Biotalouden FinnCERES, Suomen Tekoälykeskus FCAI ja fotoniikan PREIN saivat Suomen Akatemian rahoituksen toiselle kaudelle.
logo
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Maailman johtava biopohjaisten materiaalien tutkimus jatkuu Suomessa

Suomen Akatemia tukee edelleen FinnCERESin materiaalien biotalouden lippulaivahanketta merkittävällä, jopa 10,7 miljoonan euron rahoituksella vuosina 2022-2026. Yli 6 M€ rahoituksesta on virallisesti vahvistettu ja lopullinen tuki julkistetaan vuoden 2025 alussa.