Научные исследования и технические разработки
по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика.
Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки.
Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.
Двое итальянских физиков провели теоретический расчёт и выяснили, как можно добиться того, чтобы волны «предпочитали» какое-то одно направление распространения в материале
Известно, что создать некое выделенное направление прохождения волн — световых или звуковых — в обычной линейной среде не получится. Ранее учёные, проектировавшие «световые диоды», обходили это ограничение с помощью фотонных кристаллов, структура которых характеризуется периодическим изменением показателя преломления. Схема диода на основе кристаллов действительно работает, но имеет один изъян, избавиться от которого невозможно: искомый эффект проявляется в случае волны с частотой, в два раза превышающей исходную.
Модель, предложенная итальянскими исследователями, лишена указанного недостатка, а её ключевым элементом служат нелинейные материалы. Теоретическое описание её работы было построено с помощью дискретного нелинейного уравнения Шрёдингера. Авторы рассматривали одно измерение и волну, проходящую сквозь систему тонких линейных слоёв (скажем, сквозь обычное стекло), в центре которой находятся два нелинейных слоя, несколько отличающихся друг от друга.
Волны преодолевают барьер с наименьшими потерями, если их частота совпадает с некоторым резонансным значением, характерным для вещества барьера. В случае нелинейных материалов необходимо учитывать ещё и амплитуду, не забывая о том, что модельная система специально сделана асимметричной. Как показали вычисления, некоторые сочетания частоты и амплитуды оказываются выгодны для распространения только в одном из двух противоположных направлений; такие свойства, очевидно, и должен иметь волновой диод. Аналогичные результаты можно получить при расчёте более сложной системы с увеличенным числом нелинейных слоёв.
Результаты моделирования: световые волны, приходящие слева, практически свободно проходят дальше, а свет, падающий справа, отражается. (Иллюстрация из журнала Physical Review Letters).
По мнению не принимавшего участия в работе сотрудника Массачусетского университета Панайотиса Кеврекидиса (Panayotis Kevrekidis), первые экспериментальные образцы «световых диодов» появятся довольно скоро. «В некоторых лабораториях уже смонтированы установки, которые можно настроить соответствующим образом и зарегистрировать этот эффект», — говорит учёный.
Полная версия отчёта опубликована в журнале Physical Review Letters; препринт статьи можно скачать с сайта arXiv.