Двоє італійських фізиків провели теоретичний розрахунок і з'ясували, як можна домогтися того, щоб хвилі «воліли» якесь один напрям розповсюдження в матеріалі.

Відомо, що створити якесь виділений напрям проходження хвиль – світлових або звукових – у звичайній лінійному середовищі не вийде. Раніше вчені, які проектували «світлові діоди», обходили це обмеження за допомогою фотонних кристалів, структура яких характеризується періодичною зміною показника заломлення. Схема діода на основі кристалів дійсно працює, але має одну ваду, позбутися якого неможливо: шуканий ефект проявляється у випадку хвилі з частотою, у два рази перевищує вихідну частоту.

Про акустичному аналогу цієї схеми, також заснованим на подвоєнні частоти, ми розповідали в минулому році.

Модель, запропонована італійськими дослідниками, позбавлена ​​зазначеного недоліку, а її ключовим елементом служать нелінійні матеріали. Теоретичний опис її роботи було побудовано за допомогою дискретного нелінійного рівняння Шредінгера. Автори розглядали один вимір і хвилю, що проходить крізь систему тонких лінійних шарів (скажімо, крізь звичайне скло), в центрі якої знаходяться два нелінійних шару, дещо відрізняються один від одного.

Хвилі долають бар'єр з найменшими втратами, якщо їх частота збігається з деяким резонансним значенням, характерним для речовини бар'єру. У випадку нелінійних матеріалів необхідно враховувати ще й амплітуду, не забуваючи про те, що модельна система спеціально зроблена асиметричною. Як показали обчислення, деякі сполучення частоти і амплітуди виявляються вигідні для розповсюдження тільки в одному з двох протилежних напрямків; такі властивості, очевидно, і повинен мати хвильовий діод. Аналогічні результати можна отримати при розрахунку більш складної системи з збільшеним числом нелінійних шарів.

На думку яка не брала участі в роботі співробітника Массачусетського університету Панайотіса Кеврекідіса (Panayotis Kevrekidis), перші експериментальні зразки «світлових діодів» з'являться незабаром. «У деяких лабораторіях вже змонтовані установки, які можна налаштувати відповідним чином і зареєструвати цей ефект», – говорить учений.

За матеріалами: ScienceNews

Tweet

Заможні регіони: Для чого насправді Потрібні вибори?