Corrente de luz transmite ondas de rádio em um único sentido

Redação do Site Inovação Tecnológica - 20/09/2019

Este é o circuito usado para demonstrar o Efeito Hall aplicado aos fótons, que cria uma corrente de luz.
[Imagem: University of Illinois at Urbana-Champaign Department of Mechanical Engineering]

Corrente de luz

Um dos efeitos eletromagnéticos mais conhecidos da física, o Efeito Hall, largamente explorado em semicondutores, foi replicado usando fótons - no comprimento de ondas de rádio - em vez de elétrons.

Essa autêntica "corrente de luz" poderá ser usada para criar sistemas avançados de comunicação, que reforçam a transmissão de sinais em uma direção, enquanto absorvem simultaneamente os sinais na direção oposta.

Mais do que isso, a tecnologia promete reduzir pela metade a largura de banda necessária para uma determinada comunicação, permitindo que uma antena envie e receba sinais na mesma frequência simultaneamente, por meio de um processo chamado acoplamento não-recíproco.

Efeito Hall artificial

O Efeito Hall, descoberto em 1879 por Edwin Hall, ocorre devido à interação entre partículas carregadas e campos eletromagnéticos. Em um campo elétrico, partículas carregadas negativamente (elétrons) experimentam uma força oposta à direção do campo. Em um campo magnético, os elétrons em movimento experimentam uma força na direção perpendicular ao movimento e ao campo magnético. Essas duas forças se combinam no Efeito Hall, onde campos elétricos e magnéticos perpendiculares se combinam para gerar uma corrente elétrica.

A luz não tem carga elétrica, portanto, campos elétricos e magnéticos regulares não podem ser usados para gerar uma "corrente de luz", uma corrente de fótons análoga à corrente de elétrons.

No entanto, Christopher Peterson, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, nos EUA, fez exatamente isso com a ajuda do que ele chama de "campos elétricos e magnéticos sintéticos".

"Embora as ondas de rádio não carreguem carga e, portanto, não experimentem forças de campos elétricos ou magnéticos, os físicos sabem há vários anos que forças equivalentes podem ser produzidas confinando a luz em estruturas que variam no espaço ou no tempo," explicou Peterson. "A taxa de variação da estrutura no tempo é efetivamente proporcional ao campo elétrico, e a taxa de variação no espaço é proporcional ao campo magnético. Embora esses campos sintéticos tenham sido anteriormente considerados separadamente, mostramos que sua combinação afeta os fótons da mesma maneira que afeta os elétrons."

Rádio em sentido único

Criando um circuito especialmente projetado para reforçar a interação entre esses campos sintéticos e as ondas de rádio, a equipe aproveitou o princípio do Efeito Hall para reforçar os sinais de rádio em uma direção, aumentando sua intensidade, além de interromper e absorver os sinais na direção contrária.

Os experimentos mostraram que, com a combinação precisa de campos sintéticos, os sinais podem ser transmitidos através do circuito com uma eficácia mais de 1.000 vezes maior numa direção do que na direção oposta - é quase um diodo para comunicações de rádio.

Esse mecanismo pode ser usado para produzir novos equipamentos que protejam as fontes de ondas de rádio contra interferências potencialmente prejudiciais, ou que ajudem a garantir que medições em experimentos de mecânica quântica mantenham a precisão desejada.

A equipe já está trabalhando em experimentos que estendem o conceito a outros tipos de ondas, incluindo vibrações mecânicas e a luz em outros comprimentos de onda, principalmente aqueles usados em telecomunicações.

Bibliografia:

Artigo: Strong Nonreciprocity in Modulated Resonator Chains through Synthetic Electric and Magnetic Fields
Autores: Christopher W. Peterson, Wladimir A. Benalcazar, Mao Lin, Taylor L. Hughes, Gaurav Bahl
Revista: Physical Review Letters
Vol.: 123, 063901
DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.063901

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