Illinoisin yliopiston tutkijat ovat onnistuneet toistamaan Hall-efektin - yhden fysiikan tunnetuimmista sähkömagneettisista vaikutuksista - käyttäen radioaaltoja eli fotoneja sähkövirran eli elektronien sijaan. Kehitettyä tekniikkaa voidaan käyttää luomaan radiojärjestelmiä, jotka tehostavat signaalin siirtoa yhteen suuntaan absorboiden samalla vastakkaiseen suuntaan kulkevia signaaleja.
Hall-efektissä virransuuntaan nähden kohtisuorat sähkö- ja magneettikentät muodostavat sähkövirran. Valo ei ole varautunutta, joten tavanomaisia sähkö- ja magneettikenttiä ei voida käyttää vastaavan ”valovirran” tuottamiseen. Tuoreessa tutkimusraportissa tutkijat ovat kuitenkin tehneet täsmälleen tämän ”synteettisiksi sähkö- ja magneettikentiksi” nimeämänsä tempun avulla.
Gaurav Bahlin tutkimusryhmä on työskennellyt useilla menetelmillä radio- ja optisen tiedonsiirron sekä kuituoptisen viestinnän parantamiseksi. Tässä työssä tutkimusryhmän jäsen Christopher Peterson on tarjonnut uuden lupaavan menetelmän tiedonsiirron ohjaamiseksi suunnatulla tavalla Hall-vaikutuksen kaltaisella periaatteella.
Sähkövirran sijasta joukkue tuotti ”valovirran” luomalla synteettisiä sähkö- ja magneettikenttiä, jotka vaikuttavat valoon samalla tavalla kuin normaalit kentät vaikuttavat elektroneihin.
- Vaikka radioaallot eivät kanna varausta eivätkä siksi koe sähkö- tai magneettikentän voimia, fyysikot ovat jo useiden vuosien ajan tienneet, että vastaavat voimat voidaan tuottaa rajoittamalla valoa rakenteissa, jotka vaihtelevat tilassa tai ajassa, Peterson kuvailee.
- Rakenteen muutosnopeus ajassa on tosiasiallisesti verrannollinen sähkökenttään, ja tilan muutosnopeus on verrannollinen magneettikenttään. Vaikka näitä synteettisiä kenttiä ajateltiin aikaisemmin erillisinä, osoitimme, että niiden yhdistelmä vaikuttaa fotoneihin samalla tavalla kuin se vaikuttaa elektroneihin.
Tutkimusryhmä hyödynsi Hall-efektin periaatetta luomalla erityisesti suunnitellun piirin parantamaan näiden synteettisten kenttien ja radioaaltojen välistä vuorovaikutusta. Näin he kykenivät vahvistamaan yhdessä suunnassa kulkevia radiosignaaleja ja samalla pysäyttäen ja absorboimalla toiseen suuntaan kulkevia signaaleja.
Kokeilut osoittivat, että synteettisten kenttien oikealla yhdistelmällä signaalit voidaan lähettää piirin kautta yli tuhat kertaa tehokkaammin yhteen suuntaan kuin vastakkaiseen suuntaan. Tutkimusta voidaan käyttää tuottamaan uusia laitteita, jotka suojaavat radioaaltojen lähteitä mahdollisilta haitallisilta häiriöiltä tai jotka auttavat varmistamaan, että herkät kvanttimekaaniset mittaukset ovat tarkkoja.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 30.9.2019
