Pierścienie wirowe, zarówno w powietrzu, jak i w falach elektromagnetycznych, są fascynującymi strukturami. W ramach ostatnich badań opracowano metody emisji elektromagnetycznych pierścieni wirowych, oferując potencjalne zastosowania w komunikacji, wykrywaniu i przetwarzaniu danych. Technologia ta może zrewolucjonizować sieci bezprzewodowe i utorować drogę innowacjom w zakresie przechowywania danych i metrologii.
Pierścienie wirowe, tajemnicze i fascynujące zjawisko naturalne, wykazują zapierające dech w piersiach struktury i zachowania zarówno w powietrzu, jak i w falach elektromagnetycznych. Wyobraź sobie armatę powietrzną, która może wystrzelić pierścienie wirowe, tworząc idealny wir powietrzny, który z wdziękiem przemieszcza się w powietrzu, tak jakby niewidzialna ręka rysowała elegancką krzywiznę na niebie. To zjawisko wirowe to nie tylko spektakl fizyki, ale arcydzieło natury.
Tworzenie wirów powietrznych to urzekające połączenie nauki i estetyki. Kiedy armata powietrzna wystrzeliwuje, chwilowa różnica ciśnień powoduje, że powietrze tworzy wirującą strukturę pierścieniową, która równomiernie rozprzestrzenia się w powietrzu, ukazując unikalny kształt i dynamikę wiru.
Elektromagnetyczne pierścienie wirowe
Stosując tę samą zasadę do fal elektromagnetycznych, możemy wyobrazić sobie „elektromagnetyczne działo wirowe”, które bezpośrednio emituje elektromagnetyczne pierścienie wirowe. Dzięki wysiłkom badaczy koncepcja ta stopniowo staje się rzeczywistością. Niedawno profesor nadzwyczajny Ren Wang z Uniwersytetu Nauki i Technologii Elektroniki w Chinach, adiunkt Yijie Shen z Uniwersytetu Technologicznego Nanyang w Singapurze i ich współpracownicy z Uniwersytetu w Southampton w Wielkiej Brytanii zaproponowali metodę wykorzystującą współosiowe anteny tubowe do bezpośredniego emitowania elektromagnetycznego wiry.
Zaobserwowali sprężystą charakterystykę propagacji i struktury topologiczne skyrmionu tych wirów. Ich prace zostały opublikowane jako artykuł promujący w Recenzje fizyki stosowanej.
Zasada działania elektromagnetycznego działa wirowego
Naukowcy ci podsumowują zasadę działania swojego działa elektromagnetycznego: „Zasada polega na wykorzystaniu ultraszerokopasmowych, spolaryzowanych promieniowo, stożkowych, współosiowych anten tubowych do wytworzenia wirującej struktury fali elektromagnetycznej. Kiedy antena emituje, generuje natychmiastową różnicę ciśnień, która tworzy pierścienie wirowe, które zachowują swój kształt i energię na długich dystansach. Wyjątkowość tej metody polega na jej zdolności do wytwarzania impulsów elektromagnetycznych o złożonych cechach topologicznych, takich jak skyrmiony, które wykazują niezwykłą odporność i właściwości samoleczenia podczas propagacji”.
Zastosowania w komunikacji i wyczuwaniu
„Potencjalne zastosowania tej technologii są ogromne i ekscytujące. W systemach komunikacyjnych o dużej przepustowości te impulsy wirowe mogą zrewolucjonizować sposób przesyłania informacji, oferując wydajne i niezawodne metody kodowania danych. Unikalne właściwości widmowe i polaryzacyjne pierścieni wirowych pozwalają im przenosić więcej informacji w porównaniu z tradycyjnymi falami, co czyni je idealnymi kandydatami do sieci komunikacyjnych nowej generacji. Co więcej, ich zdolność do utrzymania integralności strukturalnej nawet w obecności zakłóceń środowiskowych sprawia, że są one cennymi narzędziami do teledetekcji i wykrywania celów. Analizując unikalne wzorce tych impulsów wirowych, możemy opracować bardziej precyzyjne i niezawodne metody wykrywania i lokalizowania obiektów, czy to w systemach obronnych, czy podczas eksploracji kosmosu” – prognozują naukowcy.
„Kiedy zastanawiamy się nad konsekwencjami naszych odkryć, jestem szczególnie podekscytowany tym, jak te badania mogą doprowadzić do przełomowych postępów w metrologii i przetwarzaniu informacji. Czasoprzestrzenna nierozdzielność impulsów wirowych stanowi podstawę do opracowania nowych technik złożonego kodowania danych i precyzyjnych pomiarów.
Dodatkowo tekstury skyrmionu osadzone w pierścieniach wirowych oferują intrygujące możliwości przechowywania i przetwarzania danych topologicznych, potencjalnie prowadząc do bardziej efektywnych sposobów zarządzania dużymi zbiorami danych i analizowania ich. Praca ta nie tylko demonstruje niesamowitą wszechstronność elektromagnetycznych pierścieni wirowych, ale także przygotowuje grunt pod przyszłe innowacje w technologii bezprzewodowej, tworząc możliwości ponownego zdefiniowania naszego rozumienia zjawisk elektromagnetycznych” – dodali naukowcy.
Odniesienie: „Obserwacja elastycznej propagacji i skyrmionów w wolnej przestrzeni w toroidalnych impulsach elektromagnetycznych” przeprowadzili Ren Wang, Pan-Yi Bao, Zhi-Qiang Hu, Shuai Shi, Bing-Zhong Wang, Nikolay I. Zheludev i Yijie Shen, 2 sierpnia 2024 r. , Recenzje fizyki stosowanej.
DOI: 10.1063/5.0218207
Badanie zostało sfinansowane przez Chińską Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych, Chińską Fundację Nauk Aeronautycznych, Fundację Nauk Przyrodniczych prowincji Syczuan, Europejską Radę ds. Badań Naukowych, grant tematyczny poziomu 1 oraz grant na rozpoczęcie działalności Uniwersytetu Technologicznego w Nanyang.
