100 YILLIK BİR FİZİK PROBLEMİ ÇÖZÜLDÜ
EPFL'de, araştırmacılar temel bir yasaya meydan okuyarak, dalga kılavuzlama sistemlerinde daha önce düşünülenden daha fazla elektromanyetik enerjinin depolanabileceğini keşfettiler. Bu buluşun telekomünikasyona büyük etkileri olacaktır. Araştırmacılar “Temel Yasa” üzerinde çalışırken, rezonant ve dalga sisteminin geniş bir bant genişliği olmasına rağmen uzun süre enerji depolayabileceğine ikna oldular. Bunun yapmanın yolu, manyetik alanları kullanarak asimetrik rezonant veya dalga kılavuzlama sistemleri oluşturmaktı.
Science'da yeni yayınlanan çalışma, önce Ottawa Üniversitesi'nden Kosmas Çakmakidis, ardından da araştırmacının şu anda doktora sonrası araştırması yapmakta olduğu Hatice Altuğ'un yürüttüğü EPFL'nin Bionanofotonik Sistem Laboratuarında yönlendirildi.
Bu buluş, mühendislik ve fizikteki birçok alan üzerinde büyük bir etkiye sahip olabilir. Telekomünikasyon, optik algılama sistemleri ve geniş bant enerji depolama alanındaki ve bunun gibi pek çok alanda ki uygulamalar için nerdeyse sonsuz sayıda potansiyel çalışma yapılabilir.
Karşılıklılığı bir yana bırakmak…
Rezonant ve dalga kılavuzlama sistemleri, optik ve elektronik sistemlerin büyük çoğunluğunda mevcuttur. Görevleri, enerjiyi elektromanyetik dalgalar biçiminde geçici olarak depolamak ve daha sonra serbest bırakmaktır. 100 yıldan fazla bir süre boyunca bu sistemler temel olarak kabul edilen bir sınırlamayla geri alındı. Bir dalganın depolanabileceği süre, bant genişliği ile ters orantılıydı. Bu ilişki, büyük miktarda verinin rezonant ya da dalga boyunda depolanması olanaksız olduğu anlamına gelmektedir. Çünkü bant genişliğini artırmak, depolama süresini ve depolama kalitesini düşürmek anlamına geliyordu.
Bu kanun ilk kez K. S. Johnson tarafından 1914 yılında Western Electric Company'de (Bell Telephone Laboratories'in öncülüğünde) formüle edilmiştir. Bir resonatorun enerjiyi uzun süre depolayabileceği ya da geniş bir bant genişliğine sahip olabileceği Q faktörü kavramını tanıttı. Depolama zamanını artırmak bant genişliğini azaltmak veya tersini ifade eder. Küçük bir bant genişliği, sınırlı bir frekans aralığı ve dolayısıyla sınırlı miktarda veri anlamına gelir.
Şimdiye kadar bu kavrama hiç kimse karşı çıkmamıştır. Fizikçiler ve mühendisler, bu sınırlamayı da göz önünde bulundurarak, lazerler üretmek, elektronik devreler yapmak ve tıbbi teşhisler yapmak gibi rezonant sistemleri kullanmışlardır.
Ancak bu sınırlama artık geçmişte kaldı. Araştırmacılar, manyetik optik bir malzemeden yapılmış, manyetik alan uygulandığında dalgayı durdurup uzun süre depolayabilen, böylece büyük miktarda enerji biriktiren melez bir rezonant / dalga yönlendirici sistemler ortaya attılar. Sonra manyetik alan kapatıldığında, sıkışan puls serbest bırakılır.
Bu tür asimetrik ve karşılıksız sistemler ile geniş bir bant genişliğini koruyarak çok uzun bir süre bir dalganın depolanması mümkündür. Geleneksel bant genişliği sınırı 1.000 faktörle aşıldı. Bilim adamları, teorik olarak, bu asimetrik (karşılıksız olmayan) sistemlerde hiçbir üst sınırının olmadığını gösterdi.
Tıp, çevre ve telekomünikasyon
Telekomünikasyon ağlarında son derece hızlı ve verimli tüm optik tamponların tasarımında olası bir uygulama bulunmaktadır. Tamponların rolü, optik elyaflar yoluyla ışık şeklinde gelen verilerin geçici olarak saklanmasıdır. Verilerin yoğunluğu yavaşlatılarak işlenmesi daha kolaydır. Şimdiye kadar depolama kalitesi sınırlıyd
Bu yeni teknikle süreci iyileştirmek ve büyük bant genişliği verilerini uzun süre saklamak mümkün olacaktır. Diğer potansiyel uygulamalar çip üzerinde spektroskopi, geniş bant ışık hasat, enerji depolaması ve geniş bant optik kamuflajı ("görünmez gizleme") içerir. "Bildirilen atılım tamamen temel bir şey; araştırmacılara yeni bir araç veriyoruz ve uygulamalar yalnızca araştırmacıların hayal gücüyle sınırlı" diye ekliyor Tsakmakidis.
Çeviri: Celal DEMİRTAŞ
Kaynak: Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
Yayınlama tarihi: 06.07.2017
Çalışmaya katkıda bulunanlar:
Kosmas Tsakmakidis, lead author, former researcher at the University of Ottawa and currently an EPFL Fellow in EPFL's Bionanophotonic Systems Laboratory Linfang Shen and collaborators, Institute of Space Science and Technology, Nanchang University, Nanchang, China and State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, Zhejiang University, Hangzhou, China Prof. Robert Boyd and collaborators, University of Ottawa Prof. Hatice Altug, director of EPFL's Bionanophotonic Systems Laboratory Prof. Alexandre Vakakis, University of Illinois at Urbana-Champaign