I ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno replicato uno degli effetti elettromagnetici più noti in fisica, l'effetto Hall, utilizzando onde radio (fotoni) invece di corrente elettrica (elettroni). La loro tecnica potrebbe essere utilizzata per creare sistemi di comunicazione avanzati che potenziano la trasmissione del segnale in una direzione e allo stesso tempo assorbono i segnali che vanno nella direzione opposta.

L'effetto Hall, scoperto nel 1879 da Edwin Hall, si verifica a causa dell'interazione tra particelle cariche e campi elettromagnetici. In un campo elettrico, le particelle caricate negativamente (elettroni) subiscono una forza opposta alla direzione del campo. In un campo magnetico, gli elettroni in movimento subiscono una forza nella direzione perpendicolare sia al loro movimento che al campo magnetico. Queste due forze si combinano nell'effetto Hall, dove i campi elettrici e magnetici perpendicolari si combinano per generare una corrente elettrica. La luce non è carica, quindi campi elettrici e magnetici regolari non possono essere utilizzati per generare un'analoga "corrente di luce". Però, in un recente articolo pubblicato su Lettere di revisione fisica , i ricercatori hanno fatto esattamente questo con l'aiuto di quelli che chiamano "campi elettrici e magnetici sintetici".

Il gruppo di ricerca del ricercatore principale Gaurav Bahl ha lavorato su diversi metodi per migliorare la trasmissione di dati radio e ottici, nonché la comunicazione in fibra ottica. All'inizio di quest'anno, il gruppo ha sfruttato un'interazione tra luce e onde sonore per sopprimere la dispersione della luce dai difetti del materiale e ha pubblicato i suoi risultati in ottica . Nel 2018, Il membro del team Christopher Peterson è stato l'autore principale di un articolo su Science Advances che spiegava una tecnologia che promette di dimezzare la larghezza di banda necessaria per le comunicazioni consentendo a un'antenna di inviare e ricevere segnali sulla stessa frequenza contemporaneamente attraverso un processo chiamato accoppiamento non reciproco.

Nello studio attuale, Peterson ha fornito un altro metodo promettente per controllare in modo direzionale la trasmissione dei dati utilizzando un principio simile all'effetto Hall. Invece di una corrente elettrica, il team ha generato una "corrente di luce" creando campi elettrici e magnetici sintetici, che influenzano la luce allo stesso modo in cui i campi normali influenzano gli elettroni. A differenza dei campi elettrici e magnetici convenzionali, questi campi sintetici vengono creati variando la struttura attraverso la quale la luce si propaga sia nello spazio che nel tempo.

"Sebbene le onde radio non portino carica e quindi non subiscano forze provenienti da campi elettrici o magnetici, i fisici sanno da diversi anni che forze equivalenti possono essere prodotte confinando la luce in strutture che variano nello spazio o nel tempo, " ha spiegato Peterson. "La velocità di cambiamento della struttura nel tempo è effettivamente proporzionale al campo elettrico, e la velocità di variazione nello spazio è proporzionale al campo magnetico. Mentre questi campi sintetici sono stati precedentemente considerati separatamente, abbiamo dimostrato che la loro combinazione influenza i fotoni nello stesso modo in cui colpisce gli elettroni".

Creando un circuito appositamente progettato per migliorare l'interazione tra questi campi sintetici e le onde radio, il team ha sfruttato il principio dell'effetto Hall per aumentare i segnali radio che vanno in una direzione, aumentando la loro forza, allo stesso tempo arrestando e assorbendo i segnali che vanno nella direzione opposta. I loro esperimenti hanno mostrato che con la giusta combinazione di campi sintetici, i segnali possono essere trasmessi attraverso il circuito più di 1000 volte più efficacemente in una direzione che nella direzione opposta. La loro ricerca potrebbe essere utilizzata per produrre nuovi dispositivi che proteggano le sorgenti di onde radio da interferenze potenzialmente dannose, o che aiutano a garantire che le misurazioni della meccanica quantistica sensibili siano accurate. Il team sta anche lavorando su esperimenti che estendono il concetto ad altri tipi di onde, comprese le vibrazioni luminose e meccaniche, mentre cercano di stabilire una nuova classe di dispositivi basati sull'applicazione dell'effetto Hall al di fuori del suo dominio originale.