I fisici costruiscono diodi per onde elettromagnetiche

Il diodo elettronico è un dispositivo che consente alla corrente di viaggiare in una direzione ma non nell'altra. Questo li rende cose utili da avere in giro. Così utile, infatti, che sarebbe difficile trovare un dispositivo elettronico che non ne contenga uno. Non è esagerato dire che sono diventati uno degli elementi costitutivi fondamentali del mondo moderno.

I fisici sanno da tempo che è possibile realizzare dispositivi simili a diodi per le onde elettromagnetiche. La matematica della propagazione delle onde elettromagnetiche suggerisce che alcuni tipi di materiale dovrebbero consentire alle onde polarizzate di passare in una direzione ma non nell'altra quando immerse in un campo magnetico. Gli ingegneri possono facilmente costruire un dispositivo del genere, ma il suo effetto è quello che i fisici chiamano lineare, il che significa che la quantità di luce che emetti è proporzionale alla montatura che inserisci.

Non è proprio così che agisce un diodo elettronico. Il suo comportamento è non lineare, il che significa che un piccolo cambiamento nell'input può avere un grande cambiamento nell'output. Ad esempio, un piccolo cambiamento nella corrente elettronica può far scendere la corrente di uscita a zero. Questo comportamento altamente non lineare è ciò che rende i diodi elettronici così utili.

Quindi non c'è da meravigliarsi se i fisici hanno cercato modi per fare qualcosa di simile con le onde elettromagnetiche. Sanno, ad esempio, che i cristalli di iodato di litio si comportano così, tranne per il fatto che l'effetto è minuscolo. Prima dell'invenzione del laser, i fisici pensavano che l'intensità della luce necessaria per vedere l'effetto potesse esistere solo all'interno delle stelle.

Oggi, Ilya Shadrivov dell'Australian National University di Canberra e compagni affermano che è possibile fare molto meglio di così grazie alla magia non lineare dei materiali materici, cose che sono state progettate per manipolare il comportamento della luce che lo attraversa.

I metamateriali sono costruiti utilizzando array ripetuti di componenti elettronici come resistori e condensatori di varie forme che interagiscono insieme con le onde elettromagnetiche. Questi componenti sono come molecole o metamolecole: sono la sostanza di cui sono fatti i metamateriali.

Shadrivov e colleghi affermano che è possibile creare un comportamento simile a un diodo usando una metamolecola composta da due fili separati da un foglio dielettrico e ruotati l'uno rispetto all'altro.

Un microonde che passa attraverso i fili genera in ciascuno delle correnti che tendono ad interagire. A certe frequenze queste correnti si rinforzano o si annullano. L'aggiunta di un diodo non lineare a uno dei fili rende anche l'effetto della metamolecola non lineare.

Il risultato è un dispositivo che funge da diodo per la luce polarizzata destrorsa di una frequenza specifica, ma è completamente trasparente alla luce polarizzata sinistrorsa. La direzione di trasmissione consentita dipende dalla frequenza delle microonde. E la chiralità del dispositivo può essere invertita modificando l'angolo relativo dei fili.

Traccia questo comportamento e puoi immediatamente vedere la complessità della curva di risposta. Le curve di trasmissione dicono che Shadrivov e compagni hanno una notevole somiglianza con la risposta I-V di un diodo elettronico.

Questo è un effetto forte, a differenza di quello visto nello iodato di litio. La trasmissione in una direzione può differire da quella nell'altra di 18 dB, ovvero un fattore di 65. E in totale, il nuovo effetto supera quello trovato nello iodato di litio di 12 ordini di grandezza, affermano Shadrivov e amici. Non male!

Ma questo dispositivo potrebbe essere ancora più significativo. La curva di trasmissione mostra un effetto di isteresi. Ciò significa che l'intensità effettiva della luce trasmessa assume valori diversi per lo stesso ingresso, a seconda della storia del dispositivo.

Se suona familiare è perché molto simile tipo di comportamento si verifica nei memristori .

I memristori sono uno degli elementi costitutivi fondamentali dei circuiti elettronici, insieme ai resistori, ai condensatori e agli induttori. Si pensava che la loro esistenza fosse del tutto teorica fino a pochi anni fa, quando gli ingegneri degli HP Labs di Palo Alto si sono imbattuti in loro.

La loro grande promessa è che possono essere utilizzati per elaborare e archiviare informazioni poiché possono avere più di un output dato un determinato input.

Una speranza è che i memristori rendano i circuiti logici elettronici più semplici e quindi più economici. Una linea di pensiero più ambiziosa è che i memristori consentiranno tipi completamente nuovi di circuiti di elaborazione delle informazioni che imitano più da vicino il modo in cui funziona il cervello. Stiamo ancora aspettando di vedere. Ma non mancano le persone che ci provano.

L'idea che un simile tipo di dispositivo possa funzionare su onde elettromagnetiche, se così fosse, potrebbe innescare un simile tipo di corsa all'oro. Guarda questo spazio!

Rif: arxiv.org/abs/1010.5830 : Analogo dell'onda elettromagnetica del diodo elettronico

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