Ερευνητές δημιούργησαν συσκευή που δρα ως μαγνητική δίοδος – Επιτρέπει μεταφορά μαγνητισμού μόνο προς μια κατεύθυνση

Οι ηλεκτρικές δίοδοι είναι βασικές ηλεκτρονικές συσκευές που άγουν τον ηλεκτρισμό σε μια κατεύθυνση όμως εμποδίζουν την αγωγή προς στην αντίθετη. Βρίσκονται στον πυρήνα κάθε ηλεκτρονικής συσκευής, καθιστάμενες ένα από τα πιο βασικά δομικά της στοιχεία. Μέχρι τώρα δεν υπήρχαν τέτοιες συσκευές για μαγνητικά πεδία. Τώρα ο Dr. Jordi Prat-Camps και οι συνεργάτες του το αλλάζουν αυτό. Σχεδίασαν τη πρώτη δίοδο για μαγνητικά πεδία και έδειξαν τη λειτουργικότητά της στο εργαστήριο.

Ο Dr. Jordi Prat-Camps δημιουργεί μαγνητικά μεταϋλικά – δομές που διαχειρίζονται τα μαγνητικά πεδία με μη-συμβατικούς τρόπους. Κατά τα τελευταία λίγα χρόνια, ο φυσικός -ερευνητής στο Πανεπιστήμιο του Sussex στο Ηνωμένο Βασίλειο και οι συνάδελφοί του έχουν κατασκευάσει έναν μανδύα που κάνει τα αντικείμενα αόρατα στα μαγνητικά πεδία και μια «σκουληκότρυπα» που κατευθύνει ένα μαγνητικό πεδίο μεταξύ δυο σημείων στο χώρο κατά μήκος ενός αόρατου τούνελ, καθώς και άλλα πράγματα. Το τελευταίο τους υλικό – το οποίο δρα ως μαγνητική δίοδος – επιτρέπει τη μονόδρομη μεταφορά ενός μαγνητικού πεδίου μεταξύ δυο μαγνητικών στοιχείων – για παράδειγμα ενός μαγνήτη ή ενός πηνίου.

Ένα ηλεκτρικό ρεύμα που ρέει μέσα σε ένα πηνίο χάλκινου σύρματος επάγει μαγνητικό πεδίο στο πηνίο. Αυτό το μαγνητικό πεδίο μπορεί μετά να μεταφερθεί σε ένα κοντινό μαγνητικό στοιχείο, όπως ένα δεύτερο πηνίο. Οι νόμοι του ηλεκτρομαγνητισμού και οι μέχρι τώρα πειραματικές επιδείξεις, προβλέπουν ότι αυτή η μεταφορά είναι συμμετρική, πράγμα που σημαίνει ότι το μαγνητικό πεδίο κινείται τόσο από το πηνίο Α στο πηνίο Β, όσο και από το πηνίο Β προς το πηνίο Α. Ο Prat-Camps και οι συνάδελφοί του αναζήτησαν αν θα μπορούσαν να σπάσουν αυτή την αποκαλούμενη μαγνητική αμοιβαιότητα και να κάνουν το μαγνητικό πεδίο να μεταφέρεται σε μια μόνο κατεύθυνση. Η απάντηση που προέκυψε είναι ναι, εάν και τα δυο πηνία είναι τοποθετημένα μεταξύ δυο τοιχωμάτων ενός κούφιου, περιστρεφόμενου αγωγού κυλίνδρου, όπου τα τοιχώματα έχουν διατομή σχήματος U.

Ο Prat-Camps λέει ότι μια τέτοια συσκευή θα μπορούσε να αυξήσει την αποδοτικότητα συστημάτων που μεταφέρουν ασύρματα ισχύ με βάση το μαγνητισμό. Συζευγμένα μαγνητικά στοιχεία βρίσκονται σε πολλές βασικές τεχνολογίες, όπως ηλεκτρικοί κινητήρες, μετασχηματιστές, μαγνητικές μνήμες ή συσκευές MRI. Σε όλες αυτές τα μαγνητικά στοιχεία είναι συμμετρικά συζευγμένα. Η διαθεσιμότητα ενός νέου μαγνητικού εργαλείου όπως μια δίοδος, μπορεί να ανοίξει ένα κλάδο νέων δυνατοτήτων, αναφέρουν οι ερευνητές. Για παράδειγμα, η αποδοτικότητα των ασύρματης φόρτισης συσκευών θα μπορούσε να βελτιωθεί, καθώς η ενέργεια μπορεί να ρέει μόνο από το σταθμό φόρτισης προς τη συσκευή και όχι προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Με υπολογισμούς και με επίδειξη της απόδειξης αρχής, ο Prat-Camps και οι συνάδελφοί του έδειξαν ότι όταν ο κύλινδρος περιστρέφεται με σταθερή ταχύτητα, μαγνητικό πεδίο από το πηνίο Α μπορεί να μεταφερθεί στο πηνίο Β, για παράδειγμα, αλλά όχι στην αντίθετη κατεύθυνση. Η μη-αμοιβαιότητα αυτή κρατάει όση διάρκεια ο κύλινδρος περιστρέφεται. Ο Prat-Camps λέει ότι η τωρινή συσκευή είναι ογκώδης και μη-πρακτική για καθημερινή χρήση, όμως η ομάδα εξερευνά άλλους σχεδιασμούς της συσκευής.

Πηγές: American Physical Society και Institute for Quantum Optics and Quantum Information Of the Austrian Academy of Sciences

Περισσότερα στη δημοσίευση: Circumventing Magnetostatic Reciprocity: A Diode for Magnetic Fields. Physical Review Letters.