حل یک مسئله‌ی صدساله‌ی فیزیک: ذخیره نامحدود در سیستم‌های هادی موج نامتقارن!

در قرن بیست‌و یکم، ارزشمندترین چیزی که باید از آن، نگه‌داری کنیم، اطلاعات است. واضح است که منظور از نگه‌داری اطلاعات، ذخیره‌ی آنهاست. ذخیره‌سازی اطلاعات دارای محدودیت‌هایی است، اما حالا دانشمندان دانشگاه اوتاوی کانادا با ساخت سیستم‌های هادی موج نامتقارن نشان داده‌اند محدودیتی وجود ندارد! نتیجه‌ی پژوهش تاثیرگذار آنها در مجله Science منتشر شد. با دیپ لوک همراه باشید…

این بار محققان، یک قانون بنیادی را به چالش کشیده و کشف کردند که انرژی الکترومغناطیسی را بسیار بیشتر از چیزی که قبلا تصور می‌شد می‌توان در سیستم‌های هادی موج ذخیره کرد.  آنها دریافتند که سیستم‌های هادی موج یا تشدیدکننده می‌توانند با حفظ پهنای باند بزرگ، اطلاعات را در مدت زمانی طولانی ذخیره کنند. ترفند آنها،‌ ساخت سیستم‌های هادی موج یا تشدیدکننده‌ی نامتقارن با استفاده از میدان‌های مغناطیسی بود. این کشف، کاربردهای، فوق‌العاده زیادی داشته و می‌تواند اثر مهمی بر بسیاری از زمینه‌های مهندسی و فیزیک مانند ارتباطات از راه دور و سیستم‌های تشخیص نوری داشته باشد.
سیستم‌های هادی موج و تشدیدکننده در بسیاری از سیستم‌های الکتریکی و نوری وجود دارند. نقش آنها ذخیره‌ی انرژی به شکل امواج الکترومغناطیسی به طور موقتی و سپس آزادسازی آنهاست. بیش از ۱۰۰ سال، تصور بر آن بود که  این سیستم‌ها دارای یک محدودیت بنیادی هستند: مدت زمانی که یک موج می‌تواند ذخیره شود با پهنای باندش، رابطه‌ی معکوس دارد. این رابطه اینگونه تفسیر می‌شد: ذخیره‌ی میزان زیادی داده در سیستم‌های هادی موج یا تشدیدکننده‌ در مدت زمانی طولانی، امکان‌پذیر نیست، زیرا با افزایش پهنای باند، زمان ذخیره‌سازی و کیفیت ذخیره‌سازی، کاهش می‌یافت. این قانون، نخستین بار توسط جانسون در سال ۱۹۱۴ فرمول‌بندی شد. او با استفاده از این واقعیت که یک تشدیدکننده یا می‌تواند برای زمان طولانی انرژی ذخیره کند و یا پهنای باند بزرگ داشته باشد (اما نه هر دو را به طور همزمان)، مفهوم فاکتور Q را معرفی کرد. با افزایش زمان ذخیر‌ه‌سازی، پهنای باند کاهش می‌یافت و بالعکس. پهنای باند کوچک به معنای فرکانس‌های محدود (یا رنگ‌ها)؛ و بنابراین میزان محدود داده‌هاست.
تاکنون این مفهوم هیچگاه به چالش کشیده نشده بود. به همین دلیل فیزیکدانان و مهندسان همیشه سیستم‌های تشدیدکننده مانند لیزر می‌ساختند. اما محدودیت‌ها مربوط به گذشته است. حالا محققان یک سیستم هیبرید تشدیدکننده/هادی موج از یک ماده نوری-مغناطیسی ساخته‌اند که هنگام اعمال میدان مغناطیسی می‌تواند موج را نگه‌داشته و آن را برای یک مدت طولانی، ذخیره کند. نتیجه آنکه مقدار زیادی انرژی در سیستم، جمع شده و پس از خاموش‌شدن میدان مغناطیسی، پالس به دام افتاده، آزاد می‌شود. با چنین سیستم‌های نامتقارنی، ذخیره‌ی یک موج برای مدت طولانی (همراه با دستکاری پهنای باند) امکان‌پذیر است. دانشمندان نشان دادند که از لحاظ نظری، سقفی در این سیستم‌های نامتقارن وجود ندارد.

مقاله‌ی اصلی را در زیر مشاهده کنید:

[gview file=”http://www.deeplook.ir/wp-content/uploads/2017/07/10.1126@science.aam6662.pdf”]