Лента TH Новости Глобальные вызовы


Решена столетняя физическая задача

∴ 155

Волновая интерференция и резонансная передача энергии от одного источника к другому удаленному источнику или объекту, относящаяся к фундаментальной концепции резонансов. Ученые разработали принципы, благодаря которым, можно манипулировать передачей такого типа энергии.

528

В EPFL (лаборатория бионанофотонных систем) исследователи бросили вызов основополагающему закону и обнаружили, что можно хранить больше электромагнитной энергии в волноводных системах, чем считалось ранее. Это открытие имеет последствия для телекоммуникаций. Работая вокруг фундаментального закона, ученые спроектировали резонансные и волноводные системы, способные хранить энергию в течение длительного периода, сохраняя при этом широкую полосу пропускания. Их трюк заключался в создании асимметричных резонансных или волноводных систем с использованием магнитных полей.

Исследование, которое только что было опубликовано в Science, возглавлялось Космасом Цакмакидисом, сначала в Университете Оттавы, а затем в лаборатории бионанофотонных систем EPFL, возглавляемой Хатисом Алтугом, где исследователь сейчас проводит исследования после докторантуры.

Этот прорыв может оказать значительное влияние на многие области техники и физики. Количество потенциальных применений близко к бесконечности: телекоммуникации, оптические системы обнаружения и широкополосная система сбора энергии, представляют собой лишь несколько примеров.

Резонансные и волноводные системы присутствуют в подавляющем большинстве оптических и электронных систем. Их роль заключается в том, чтобы временно хранить энергию в виде электромагнитных волн, а затем освобождать ее. На протяжении более ста лет эти системы сдерживались ограничением, которое считалось фундаментальным: продолжительность времени, в течение которого могла быть сохранена волна, была обратно пропорционально ее пропускной способности. Эта связь интерпретировалась как означающая невозможность хранить большие объемы данных в резонансных или волноводных системах в течение длительного периода времени, поскольку увеличение полосы пропускания означало уменьшение времени хранения и качества хранения.

Но это ограничение ушло в прошлое. Исследователи придумали гибридную резонансную волноводную систему, построенную из магнитооптического материала, который при приложении магнитного поля способен остановить волну и хранить ее в течение длительного периода, тем самым накапливая большие количества энергии. Затем, когда магнитное поле выключено, захваченный импульс выпускается наружу.

Одним из возможных применений является разработка чрезвычайно быстрых и эффективных оптических буферов в телекоммуникационных сетях. Роль буферов заключается в том, чтобы временно хранить данные, поступающие в виде света через оптические волокна. За счет замедления объема данных ее легче обрабатывать. До сих пор качество хранения было ограничено.

С помощью этой новой методики возможно улучшить процесс и хранить большие полосы пропускания данных в течение длительного времени. Другие потенциальные приложения включают встроенную спектроскопию, широкополосную сборку и хранение энергии, а также широкополосную оптическую маскировку («маскировка невидимости»).

Объявленный прорыв полностью фундаментален — мы даем исследователям новый инструмент, а количество приложений ограничено только воображением.

Резюмирует Цакмакидис.

Филипп Дончев