TiaSang
Thứ 3, Ngày 15 tháng 10 năm 2019
Đổi mới sáng tạo

Tạo hiệu ứng Hall tổng hợp để truyền dẫn sóng vô tuyến một chiều

16/09/2019 08:30 -

Các nhà nghiên cứu tại trường đại học Illinois tại Urbana-Champaign đã tái tạo một trong những hiệu ứng điện từ nổi tiếng bậc nhất trong vật lý, hiệu ứng Hall - một hiệu ứng vật lý được thực hiện khi áp dụng một từ trường vuông góc lên một bản làm bằng kim loại hay chất bán dẫn/chất dẫn điện nói chung (thanh Hall) đang có dòng điện chạy qua, bằng việc sử dụng các sóng vô tuyến (photons) thay vì dòng điện (electrons).

Kỹ thuật của họ có thể được sử dụng để tạo ra các hệ truyền thông tiên tiến, được dùng để thúc đẩy việc truyền tín hiệu theo một hướng trong khi có thể đồng thời hấp thụ các tín hiệu đang chạy theo hướng đối diện. 

Do nhà vật lý Mỹ Edwin Hall khám phá năm 1879, hiệu ứng Hall thường xảy ra bất ngờ bởi sự tương tác giữa các hạt mang điện tích và các trường điện từ. Trong một điện trường, các hạt mang điện tích âm (electrons) thường chịu một lực tác động đối diện với hướng của trường này. Trong một từ trường, các điện tích chuyển động chịu một lực vuông góc với cả chuyển động và từ trường. Cả hai lực này kết hợp trong hiệu ứng Hall, nơi cả điện trường và từ trường vuông góc kết hợp với nhau để sinh ra một dòng điện. Ánh sáng không thể tích điện, vì vậy đều không thể dùng cả từ trường và từ trường để sinh ta một “dòng sáng” theo cách tương tự. Dẫu vậy, trong một bài báo mới xuất bản trên Physical Review Letters “Tính phi thuận nghịch mạnh trong các chuỗi cộng hưởng biến điện qua điện trường và từ trường tổng hợp” (Strong Nonreciprocity in Modulated Resonator Chains through Synthetic Electric and Magnetic Fields), các nhà nghiên cứu đã thực hiện được một cách chính xác điều này với sự hỗ trợ của cách mà họ gọi là “từ trường và điện trường tổng hợp”. 

Nhóm nghiên cứu của Gaurav Bahl đã cùng nhau thực hiện nhiều phương pháp để cải tiến truyền dẫn dữ liệu vô tuyến và quang cũng như truyền thông sợi quang. Vào đầu năm nay, họ đã khai phá một tương tác giữa các sóng ánh sáng và âm thanh để nén tán xạ ánh sáng từ các sai hỏng vật liệu và xuất bản nó trên tạp chí Optica. Trước đó năm 2018, một thành viên của nhóm là Christopher Peterson đã là tác giả thứ nhất của một bài báo trên Science Advances  về một công nghệ hứa hẹn sẽ làm giảm một nửa băng thông cần thiết trong truyền thông bằng cách cho phép một ăng ten gửi và nhận các tín hiệu theo một dao động tương tự một cách đồng thời thông qua một quá trình là ghép đôi phi thuận nghịch (nonreciprocal coupling).

Trong nghiên cứu trên Physics Review Letters, Peterson đã cung cấp một phương pháp hứa hẹn khác để kiểm soát dữ liệu một cách trực tiếp với việc sử dụng một nguyên tắc tương tự với hiệu ứng Hall. Thay vì sử dụng một dòng điện, nhóm nghiên cứu tạo ra một “dòng ánh sáng” bằng việc tạo ra các điện trường và từ trường tổng hợp, với ảnh hưởng ánh sáng theo đúng cách các trường bình thường ảnh hưởng lên các điện tích. Không giống như từ trường và điện trường thông thường, các trường tổng hợp này được tạo ra từ việc thay đổi ánh sáng truyền qua cả không gian và thời gian.

“Dẫu các sóng vô tuyến không mang điện tích và do đó không chịu các lực từ điện trường hoặc từ trường, trong nhiều năm qua, các nhà vật lý đã biết rằng các lực tương đương có thể tạo được ra bằng việc hạn chế ánh sáng trong các cấu trúc biến đổi theo không gian hoặc thời gian”, Peterson giải thích. “Tốc độ thay đổi trong cấu trúc thời gian tỷ lệ thuận với điện trường, và tốc độ thay đổi trong không gian tỷ lệ thuận với từ trường. Trong khi các trường tổng hợp trước đây được coi là chia tách, chúng tôi đã chứng tỏ rằng việc kết hợp chúng ảnh hưởng lên các photon theo cách tương tự như ảnh hưởng lên các electron”.

Bằng việc thiết kế một mạch đặc biệt để gắn kết sự tương tác này bên trong các trường tổng hợp, và các sóng vô tuyến, nhóm nghiên cứu đã tận dụng được nguyên tắc của hiệu ứng Hall để thúc đẩy các tín hiệu vô tuyến đi theo một hướng, gia tăng sức mạnh của chúng, trong khi dừng và hấp thụ các tín hiệu đến theo hướng khác. Các thí nghiệm của họ chứng tỏ, với sự kết hợp đúng đắn của các trường tổng hợp, có thể truyền dẫn các tín hiệu thông qua mạch điện này theo một hướng hiệu quả hơn 1000 lần. Nghiên cứu của họ có thể được sử dụng để tạo ra các thiết bị mới giúp bảo vệ các nguồn sóng vô tuyến khỏi những hỏng hóc tiềm năng, hoặc giúp đảm bảo độ chính xác cho các đo đạc cơ học lượng tử. Nhóm nghiên cứu hiện đang nghiên cứu trên các thực nghiệm mà có thể giúp họ mở rộng thêm ý tưởng về các loại sóng khác, bao gồm các dao động ánh sáng và các dao động cơ học, khi họ nhìn vào việc thiết lập một lớp thiết bị mới trên cơ sở ứng dụng hiệu ứng Hall bên ngoài miền nguyên bản của nó. 

Anh Vũ dịch

Nguồnhttps://phys.org/news/2019-09-synthetic-hall-effect-one-way-radio.html

 

Tags: