Вихрові кільця, таємниче та захоплююче природне явище, демонструють захоплюючі дух структури та поведінку як у повітрі, так і в електромагнітних хвилях. Уявіть собі повітряну гармату, яка може стріляти вихровими кільцями, створюючи ідеальний повітряний вихор, який витончено поширюється в повітрі, ніби невидима рука малює елегантну криву в небі. Це вихрове явище є не просто видовищем фізики, а шедевром природи.
Створення повітряних вихорів – це захоплююче поєднання науки та естетики. Коли пневматична гармата стріляє, миттєва різниця тиску змушує повітря утворювати обертову кільцеву структуру, яка постійно поширюється в повітрі, демонструючи унікальну форму та динаміку вихору. Застосовуючи той самий принцип до електромагнітних хвиль, ми можемо уявити «електромагнітну вихрову гармату», яка безпосередньо випромінює електромагнітні вихрові кільця. Завдяки цілеспрямованим зусиллям дослідників ця концепція поступово стає реальністю.
Нещодавно доцент Ren Wang з Університету електронних наук і технологій Китаю, доцент Yijie Shen з Технологічного університету Nanyang у Сінгапурі та їхні співробітники з Університету Саутгемптона у Великій Британії запропонували метод використання коаксіальних рупорних антен для прямого випромінювання електромагнітного випромінювання. вихори. Вони спостерігали пружні характеристики розповсюдження та топологічні структури скірміонів цих вихорів.
Їхню роботу під назвою «Спостереження за пружним поширенням і скірміонами у вільному просторі в тороїдальних електромагнітних імпульсах» було опубліковано як вибрану статтю в Applied Physics Reviews.
Ці вчені підсумовують принцип роботи своєї електромагнітної гармати, кажучи: «Принцип передбачає використання ультраширокосмугових радіально поляризованих конічних коаксіальних рупорних антен для створення обертової структури електромагнітних хвиль. Коли антена випромінює, вона створює миттєву різницю тиску, яка утворює ці вихрові кільця, які зберігають свою форму та енергію на великих відстанях, полягає в його здатності виробляти електромагнітні імпульси зі складними топологічними характеристиками, які демонструють чудову стійкість і властивості самовідновлення під час розповсюдження.
«Потенційні можливості застосування цієї технології великі та захоплюючі. У системах зв’язку з високою пропускною здатністю ці вихрові імпульси можуть революціонізувати спосіб передачі інформації, пропонуючи ефективні та надійні методи кодування даних. Унікальні спектральні та поляризаційні характеристики вихрових кілець дозволяють їм передавати більше інформації порівняно з традиційними хвилями, що робить їх ідеальними кандидатами для комунікаційних мереж наступного покоління.
«Крім того, їх здатність зберігати структурну цілісність навіть за наявності порушень навколишнього середовища робить їх цінними інструментами дистанційного зондування та виявлення цілей. Аналізуючи унікальні моделі цих вихрових імпульсів, ми можемо розробити більш точні та надійні методи виявлення та визначення місцезнаходження об’єктів, чи то в оборонних системах, чи то в дослідженні космосу», – кажуть вчені.
«Коли ми розмірковуємо про наслідки наших висновків, [ми] особливо раді тому, як це дослідження може призвести до новаторських досягнень у метрології та обробці інформації. Просторово-часова нероздільність вихрових імпульсів створює основу для розробки нових методів обробки складних даних. Крім того, текстури skyrmion, вбудовані в вихрові кільця, пропонують інтригуючі можливості для топологічного зберігання та обробки даних, що потенційно призводить до більш ефективних способів керування та аналізу великих наборів даних.
«Ця робота не тільки демонструє неймовірну універсальність електромагнітних вихрових кілець, але й закладає основу для майбутніх інновацій у бездротових технологіях, створюючи можливості для перегляду нашого розуміння електромагнітних явищ», — додають вчені.