Спиране на вълна в нейните следи


Спиране на вълна в нейните следи

В система с недобре дефинирана топология броят на ръбовите вълни, разпространяващи се навътре до някаква точка на свързване, може да бъде различен от броя на ръбовите вълни, разпространяващи се във външната посока. Лошо дефинираната топология може да се използва за рязко спиране на разпространението на вълната при топологична сингулярност с масивно усилване на полето. Кредит: D. Fernandes и M. Silveirinha, Tecnico Lisboa.

Топологичните идеи наскоро заеха централната сцена на съвременната електромагнетика. Типичните топологични фотонни системи се основават на нереципрочни материали, клас материали, които позволяват асиметрични взаимодействия светлина-материя. По-специално, нереципрочните платформи могат да поддържат еднопосочни канали, които позволяват разпространение в дадена посока на пространството — да кажем отляво надясно, но не и обратното. Такива еднопосочни водачи са от ключово значение в оптичните системи, тъй като техните модулни конструкции включват еднопосочни взаимодействия, които изискват оптична изолация на различните модули.

Въпреки че топологичните свойства на материала се коренят в абстрактни математически концепции, те могат да бъдат дестилирани по прост физически начин. Помислете за проблема с взаимодействието на редица различни нереципрочни материали — да кажем пет, например, в някаква точка на свързване, като резени пай. Всички материали работят в диапазон на честотната лента, където не поддържат разпространение в техните насипни области. Въпреки това, всеки от интерфейсите може да поддържа определен брой еднопосочни ръбови състояния, които могат да се разпространяват или към точката на свързване, или далеч от нея.

Твърдението, че системата е топологична, е усъвършенстван начин да се каже, че в описаната ситуация на свързаните с пай материали е невъзможно да се изработи конструкция, при която броят на входящите радиационни канали да се различава от броя на изходящите канали. С други думи, в топологичните системи има принудително равновесие между броя на входящите канали и броя на изходящите канали, аналогично на запазването на тока в законите на веригата на Кирхоф. Всъщност, ако броят на входящите и изходящите канали може да бъде различен, тогава би било възможно да се създаде възбуждане, което непрекъснато да пренася енергия от източник към точката на свързване. В такава ситуация а термодинамично равновесие може да се достигне само ако енергията, пристигаща на кръстовището, се разсейва като топлина.

Спиране на вълна в нейните следи

а) Връзка между различни насипни материали, които споделят обща ширина на лентата. В топологична система броят на входящите крайни канали и броят на изходящите крайни канали е абсолютно еднакъв. б) Система с недобре дефинирана топология не е обвързана с това ограничение. Лошо дефинираната топология може да се използва за рязко спиране на разпространението на вълната при топологична сингулярност. Кредит: D. Fernandes и M. Silveirinha, Tecnico Lisboa.

Сега, както се съобщава в Разширена фотоника, изследователите са показали, че такъв измислен сценарий наистина може да се наблюдава в реалистични физически системи. Те изследват факта, че нереципрочните системи с непрекъсната транслационна симетрия имат недобре дефинирана топология. Те демонстрират, че противно на общоприетото схващане, връзката от нереципрочни материали не е непременно обвързана от някакво балансиращо ограничение за броя на входните/изходящите канали.

Екипът експериментално потвърди, че чрез сдвояване на два вълновода, единият с недобре дефинирана топология, а друг с добре дефинирана топология, е възможно да се доведе крайният режим до незабавно спиране на кръстовището между вълновода, създавайки топологична сингулярност. Вълната се спира по пътя си в сингулярността, която може да се представи като поглъщане на енергия, където цялата входяща енергия се концентрира и в крайна сметка се разсейва при единична точка в космоса. Тези вълнуващи разработки предлагат нов начин за постигане на топологични сингулярности, които включват екстремни вълнови явления. Това може да е полезно за енергия събиране на реколтата и засилване на нелинейните ефекти.


Изследователите обявяват фотон-фононен пробив


Повече информация:
David E. Fernandes et al, Експериментална проверка на зле дефинирани топологии и поглъщатели на енергия в електромагнитни континууми, Разширена фотоника (2022 г.). DOI: 10.1117 / 1.AP.4.3.035003

Цитат: Спиране на вълна в своите следи (2022 г., 23 май), извлечено на 23 май 2022 г. от https://phys.org/news/2022-05-halting-tracks.html

Този документ е обект на авторско право. Освен всяка честна сделка с цел частно проучване или изследване, никоя част не може да бъде възпроизвеждана без писменото разрешение. Съдържанието е предоставено само за информационни цели.