Dioda pola magnetycznego, czyli jednokierunkowe sprzężenie magnetyczne

Pierwsza w historii "dioda pola magnetycznego", urządzenie, w którym jedna cewka może przenosić swoje pole magnetyczne do drugiej cewki, ale nie na odwrót, zostało skonstruowane przez Jordi Prat-Camps i współpracowników z University of Innsbruck w Austrii. Zespół uważa, że dalsze udoskonalenia diody mogą pozwolić na jej stosowanie w szerokim zakresie w urządzeniach elektrycznych i elektronicznych.

Diody elektryczne, które pozwalają prądom płynąć w jednym kierunku, ale nie odwrotnie, są podstawowym składnikiem elektroniki. Inżynierowie od dawna poszukiwali porównywalnego urządzenia, które kierowałoby pola magnetyczne tylko w jednym kierunku - co byłoby niezwykle przydatne w wielu technologiach. Do tej pory jednak zasada wzajemności Lorentza stanowiła ogromną barierę dla stworzenia praktycznej diody pola magnetycznego. Zasada stwierdza, że gdy źródło pola magnetycznego wytworzonego przez cewkę, indukuje pole w drugiej cewce, to pole to zaindukuje pole w pierwszej cewce. Dlatego dioda pola magnetycznego, w której pole może być przenoszone tylko z cewki na cewkę w jednym kierunku, nie powinna być możliwa. Poprzez teoretyczne obliczenia Prat-Camps i współpracownicy określili szczególną sytuację, w której symetria podyktowana zasadą wzajemności może zostać złamana. Okazało się, że można to osiągnąć, jeśli dwie cewki zostaną umieszczone w ścianach pustego, przewodzącego cylindra obracającego się ze stałą prędkością. Następnie zespół zbudował walec ze ścianami, które mają rowek w kształcie litery U zawierający cewki (patrz rysunek) i udowodnił swoje obliczenia doświadczalnie w laboratorium.

Układ jednokierunkowy: ilustracja cewek diody umieszczonych w rowku w kształcie litery U w ściance obracającego się cylindra. Cylinder obraca się w prawo, co zapobiega przenoszeniu pola magnetycznego w lewo. (Dzięki uprzejmości: Luis Veloso)

Fizycy pokonali zasadę wzajemność Lorentza dla transmisji pól w zakresie mikrofalowym."Nasze urządzenie umożliwia przeniesienie pola magnetycznego z pierwszego elementu magnetycznego na drugi. Kiedy role są odwrócone i próbuje się wysyłać pole magnetyczne z drugiego do pierwszego, pole magnetyczne nie jest przenoszone ", mówi Prat-Camps, który obecnie pracuje na Uniwersytecie Sussex w Wielkiej Brytanii. "Gdy przewodnik jest właściwie umieszczony blisko elementów magnetycznych i porusza się z właściwą prędkością, sprzężenie między nimi staje się jednokierunkowe, w taki sposób jest zrealizowana dioda dla pól magnetycznych." Jeśli będzie można wykonać opłacalną komercyjnie diodę pola magnetycznego, może ona zrewolucjonizować urządzenia elektryczne i elektroniczne. Można ją wykorzystać do ulepszenia urządzeń, które obecnie wykorzystują symetrycznie sprzężone elementy magnetyczne, w tym silniki elektryczne, transformatory i urządzenia MRI. Podczas gdy urządzenie stworzone przez zespół jest obecnie nieporęczne i nie nadaje się do użycia w urządzeniach elektrycznych, naukowcy uważają, że będzie można je znacznie poprawić dzięki dalszym badaniom. Budowa diody jest opisana w "Physical Review Letters": Zobacz artykuł.

Dzięki uprzejmości: University of Sussex

Home

Nowe technologie