Una comprensione ampiamente diffusa della radiazione elettromagnetica è stata messa in discussione in una ricerca recentemente pubblicata condotta presso l'Università di Strathclyde.
Lo studio ha scoperto che la normale corrispondenza diretta tra le larghezze di banda della sorgente di corrente e la radiazione emessa può essere interrotta. Ciò è stato ottenuto estraendo radiazioni a banda stretta con alta efficienza, senza effettuare l'oscillazione della banda stretta corrente.
La scoperta ha prodotto sorgenti luminose a banda stretta in mezzi in cui la radiazione elettromagnetica non sarebbe normalmente possibile. Rappresenta un potente strumento per gli scienziati che consente loro di comprendere le complessità di come i materiali, o anche molecole biologiche, comportarsi in condizioni diverse, che ha un forte impatto sulla vita delle persone attraverso lo sviluppo di nuovi prodotti e trattamenti medici.
La ricerca, pubblicato in Rapporti scientifici , ha coinvolto anche ricercatori dell'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST) e del Gwangju Institute of Science and Technology (GIST), entrambi in Corea del Sud.
Professor Dino Jaroszynski, del Dipartimento di Fisica di Strathclyde, condotto lo studio. Ha detto:"Le sorgenti luminose coerenti come i laser hanno molti usi, dalla comunicazione allo scandagliare la struttura della materia. La fonte più semplice di radiazione elettromagnetica coerente è una corrente elettrica oscillante in un'antenna. Però, ci sono molti altri dispositivi basati su queste leggi fondamentali della fisica, come il laser ad elettroni liberi, che produce radiazioni a raggi X coerenti, o magnetron che si trovano nei forni a microonde.
"Il nostro studio ha dimostrato che alcuni media comuni con interessanti proprietà ottiche possono essere sfruttati se incorporiamo, o seppellire, una sorgente di corrente oscillante in essi. Supporti come plasma, i semiconduttori e le strutture fotoniche hanno un 'cut-off', dove non è possibile la propagazione di radiazioni elettromagnetiche con frequenze inferiori alla frequenza di taglio; abbiamo notato che l'impedenza di radiazione è aumentata al cut-off.
"Una conseguenza di ciò è che, per una sorgente di corrente a banda larga immersa in questo tipo di mezzo dispersivo, la "modalità" della frequenza di taglio è selettivamente migliorata a causa della legge di Ohm, con conseguente emissione di larghezza di banda stretta. Ciò che è curioso è che la fisica nuova dovrebbe ancora essere nascosta nel classico comportamento di taglio; nella nostra ricerca, abbiamo scoperto una faccia nascosta del cut-off e realizzato un nuovo paradigma di sorgenti luminose a banda stretta nei media che di solito non consentirebbero la propagazione della radiazione elettromagnetica. Questa è un'idea straordinariamente semplice basata su una teoria fisica diretta che sembra essere stata trascurata.
"Questa è una scoperta teorica molto eccitante che viene fuori da una collaborazione intercontinentale molto fruttuosa. Dimostra che dovremmo sempre mantenere una mente aperta e mettere in discussione anche ipotesi molto basilari. Speriamo di dimostrare questo fenomeno allo Scottish Centre di Strathclyde per l'applicazione di acceleratori al plasma; ci sono numerose applicazioni di radiazione elettromagnetica e la sorgente proposta dovrebbe avere un grande impatto se siamo in grado di dimostrarlo sperimentalmente."
Professor Min Sup Hur all'UNIST, Repubblica della Corea del Sud, che guida il lavoro dell'UNIST, ha dichiarato:"Questa nuova scoperta è scientificamente interessante, perché ci porta a vedere il fenomeno della radiazione elettromagnetica da un punto di vista completamente diverso. Ci auguriamo la proficua collaborazione internazionale, che ci ha portato a questa scoperta teorica, continuerà con la dimostrazione sperimentale dell'idea."
Sorgenti luminose moderne, o, più generalmente, le sorgenti elettromagnetiche utilizzate come strumenti scientifici richiedono una buona coerenza, monocromaticità, e ad alta potenza di emissione. La coerenza e la larghezza di banda stretta - o monocromaticità - sono proprietà importanti della radiazione elettromagnetica che ne consentono l'utilizzo per osservare i cambiamenti nella struttura dei materiali soggetti a stimoli, come un breve impulso laser intenso; le proprietà del materiale sono dedotte dai cambiamenti che sono stati resi evidenti negli studi sulla sonda della pompa. Un'analogia sarebbe fare un film assemblando molte istantanee time lapse per animare i cambiamenti che si verificano nel materiale dopo che è stato stimolato.
La sfida principale è rendere monocromatiche le sorgenti ad alta potenza di radiazione elettromagnetica. Questo viene spesso fatto creando la banda stretta della corrente oscillante o filtrando lo spettro, che è estremamente inefficiente. È complicato, e può essere costoso, per ridurre la larghezza di banda di una sorgente di corrente mantenendo o aumentando la sua potenza irradiata.
Il quadro di eccellenza della ricerca 2014, la valutazione complessiva della ricerca delle università del Regno Unito, ha classificato la ricerca sulla fisica dell'Università di Strathclyde al primo posto nel Regno Unito, con il 96% della produzione valutata come leader mondiale o eccellente a livello internazionale.
