この発見は、ワイヤレス通信と光学コンピューティングにおける革新的なアプリケーションの基礎を確立します。
鏡を見ると、顔が振り返るのを見るのに慣れています。反射画像は、鏡面から跳ね返る電磁波によって生成され、空間反射と呼ばれる一般的な現象を作成します。同様に、音波の空間的反射はエコーを形成し、私たちの言葉を私たちに話したのと同じ順序で私たちに戻ります。
科学者は、60年以上にわたって、異なる形の波の反射を観察する可能性を仮定しています。時間的、 または時間、反射。空間的反射とは対照的に、光波や音波がスペースの特定の場所の鏡や壁などの境界に衝突したときに発生します。波が突然移動し、空間全体で突然の特性を変える媒体全体が突然移動しているときに時間の反射が生じます。このようなイベントでは、波の一部が時間反転し、その周波数は新しい周波数に変換されます。
これまで、この現象は電磁波で観察されたことはありませんでした。この証拠の欠如の基本的な理由は、材料の光学特性を、時間の反射を誘導する速度と大きさで簡単に変更できないということです。しかし、今では、新しく公開された論文で自然物理学、Cuny Graduate Center（Cuny ASRC）のAdvanced Science Research Centerの研究者は、カスタマイズされたメタマテリアルの電磁信号の時間的反射を観察できる画期的な実験を詳述しています。
「これは、このカウンターに反する現象が予測されていたため、宇宙反射の波と比較して異なる時間反射波がどのように異なる波を振る舞ったかのために、これを見るのが本当にエキサイティングでした」と、ニューヨーク大学の市立大学大学院の著名な物理学教授であり、Cunys asrc asrconics Initiativeの創設者である物理学教授であるAndreaAlùは述べました。 「洗練されたメタマテリアルデザインを使用して、突然と大規模なコントラストで、材料の特性を時間内に変更する条件を実現することができました。」
時間反射波のユニークな動作
この偉業により、メタマテリアル内を移動するブロードバンド信号のかなりの部分が即座に時間を逆にし、周波数を変換しました。効果は、信号の最後の部分が最初に反映される奇妙なエコーを形成します。その結果、タイムミラーを調べると、反射がひっくり返され、顔の代わりに背中が見えます。この観察の音響バージョンでは、テープの巻き戻し中に放出されるものに似た音が聞こえます。
研究者はまた、ブロードバンドの周波数変換により、時間リフルされた信号の持続時間が時間内に伸びたことを実証しました。その結果、光信号が私たちの目に見える場合、すべての色が突然変換され、赤が緑になり、オレンジが青に変わり、黄色がバイオレットに見えます。
彼らのブレークスルーを達成するために、研究者はEngineeredを使用しましたメタマテリアル。彼らは、長さ約6メートルの蛇行した金属ストリップにブロードバンド信号を注入し、ボードに印刷され、貯水池コンデンサに接続された電子スイッチの密な配列を搭載しました。その後、すべてのスイッチが同時にトリガーされ、ラインに沿ってインピーダンスを突然均一に2倍にしました。電磁特性のこの迅速かつ大きな変化により、時間的界面が生成され、測定された信号は、着信信号の時間反転コピーを忠実に運びました。
この実験は、時間インターフェイスを実現し、ブロードバンド電磁波の効率的な時間反転と周波数変換を生成することが可能であることを実証しました。これらの両方の操作は、極端な波制御のために新しい自由度を提供します。この成果は、ワイヤレス通信におけるエキサイティングなアプリケーションや、小規模で低エネルギーの波ベースのコンピューターの開発への道を開くことができます。
新しい程度の波制御のロックを解除します
「以前の研究での時間の反射を防ぐ重要な障害は、時間界面を作成するために大量のエネルギーが必要になると信念である」と、Cuny ASRCの共同ファースト著者でポスドク研究者であるGengyu Xuは述べた。 「ミディアムの特性を十分に均一に、均一に変更することは非常に困難であり、時間と十分に対照的に電磁信号が非常に速く振動するため、電磁信号を反映することは非常に困難です。私たちのアイデアは、宿主材料の特性の変更を避け、代わりに追加の要素を急速に追加または減算することができるメタマテリアルを作成することでした。」
「メタマテリアルのエキゾチックな電磁特性は、これまでのところ、多くの空間的インターフェイスをスマートに組み合わせることで設計されてきました」と、Cuny ASRCおよびCity College of New Yorkの大学院生であるShixiong Yin氏は付け加えました。 「私たちの実験は、時間インターフェイスをミックスに追加し、波を操作する自由度を拡張することが可能であることを示しています。また、共鳴キャビティの時間バージョンを作成することもできました。
導入されたメタマテリアルプラットフォームは、複数の時間インターフェイスを強力に組み合わせることができ、電磁時間結晶とメタマテリアルを可能にします。カスタマイズされた空間インターフェイスと組み合わせることで、この発見は、フォトニックテクノロジーの新しい方向を開く可能性、および波の物語の相互作用を強化および操作する新しい方法を提供します。
参照：「Photonic Time Interfacesでの時間的反射とブロードバンド周波数翻訳の観察」Hady Moussa、Gengyu Xu、Shixiong Yin、Emanuele Galiffi、Younes Ra'di、AndreaAlù、2023年3月13日、自然物理学。
2：10.1038/s41567-023-01975-y
この研究は、空軍科学研究局とサイモンズ財団によって部分的にサポートされていました。
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