Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han replicado uno de los efectos electromagnéticos más conocidos en física, el efecto Hall utilizando ondas de radio (fotones) en lugar de corriente eléctrica (electrones). Su técnica podría usarse para crear sistemas de comunicación avanzados que aumenten la transmisión de señales en una dirección al mismo tiempo que absorben señales que van en la dirección opuesta.

El efecto Hall, descubierto en 1879 por Edwin Hall, ocurre debido a la interacción entre partículas cargadas y campos electromagnéticos. En un campo eléctrico Las partículas cargadas negativamente (electrones) experimentan una fuerza opuesta a la dirección del campo. En un campo magnético, los electrones en movimiento experimentan una fuerza en la dirección perpendicular tanto a su movimiento como al campo magnético. Estas dos fuerzas se combinan en el efecto Hall, donde los campos eléctricos y magnéticos perpendiculares se combinan para generar una corriente eléctrica. La luz no está cargada por lo que los campos eléctricos y magnéticos regulares no se pueden utilizar para generar una "corriente de luz" análoga. Sin embargo, en un artículo reciente publicado en Cartas de revisión física , los investigadores han hecho exactamente esto con la ayuda de lo que ellos llaman "campos eléctricos y magnéticos sintéticos".

El grupo de investigación del investigador principal Gaurav Bahl ha estado trabajando en varios métodos para mejorar la transmisión de datos ópticos y de radio, así como la comunicación por fibra óptica. A principios de este año, el grupo aprovechó una interacción entre la luz y las ondas sonoras para suprimir la dispersión de la luz de los defectos materiales y publicó sus resultados en Optica . En 2018, Christopher Peterson, miembro del equipo, fue el autor principal de un artículo de Science Advances que explicaba una tecnología que promete reducir a la mitad el ancho de banda necesario para las comunicaciones al permitir que una antena envíe y reciba señales en la misma frecuencia simultáneamente a través de un proceso llamado acoplamiento no recíproco.

En el estudio actual, Peterson ha proporcionado otro método prometedor para controlar direccionalmente la transmisión de datos utilizando un principio similar al efecto Hall. En lugar de una corriente eléctrica, el equipo generó una "corriente de luz" mediante la creación de campos eléctricos y magnéticos sintéticos, que afectan a la luz de la misma manera que los campos normales afectan a los electrones. A diferencia de los campos eléctricos y magnéticos convencionales, Estos campos sintéticos se crean variando la estructura a través de la cual se propaga la luz tanto en el espacio como en el tiempo.

"Aunque las ondas de radio no llevan carga y, por lo tanto, no experimentan fuerzas de campos eléctricos o magnéticos, Los físicos saben desde hace varios años que se pueden producir fuerzas equivalentes al confinar la luz en estructuras que varían en el espacio o en el tiempo, Peterson explicó. "La tasa de cambio de la estructura en el tiempo es efectivamente proporcional al campo eléctrico, y la tasa de cambio en el espacio es proporcional al campo magnético. Si bien estos campos sintéticos se consideraron previamente por separado, demostramos que su combinación afecta a los fotones de la misma manera que afecta a los electrones ".

Al crear un circuito especialmente diseñado para mejorar la interacción entre estos campos sintéticos y las ondas de radio, el equipo aprovechó el principio del efecto Hall para impulsar las señales de radio que van en una dirección, aumentando su fuerza, al mismo tiempo que detiene y absorbe las señales que van en la otra dirección. Sus experimentos demostraron que con la combinación correcta de campos sintéticos, las señales se pueden transmitir a través del circuito más de 1000 veces más eficazmente en una dirección que en la dirección opuesta. Su investigación podría utilizarse para producir nuevos dispositivos que protejan las fuentes de ondas de radio de interferencias potencialmente dañinas. o que ayuden a garantizar que las mediciones sensibles de la mecánica cuántica sean precisas. El equipo también está trabajando en experimentos que extienden el concepto a otros tipos de ondas, incluyendo vibraciones ligeras y mecánicas, mientras buscan establecer una nueva clase de dispositivos basados ​​en la aplicación del efecto Hall fuera de su dominio original.