 Манипуляция электромагнитного излучения является важной функцией сегодняшней технологии. Низкая частота излучения (в диапазонах килогерц и мегагерц) легче генерируется чем гигагерцевая частота излучения. Тем не менее, более высокие частоты могут нести дополнительную информацию и путешествовать дальше.
Теперь исследователи в Италии разработали новый, недорогой способ превращения низкочастотных сигналов в более высокие частоты. Подход использует устройство под названием «переход Джозефсона», который в настоящее время используется, чтобы сделать чрезвычайно чувствительные вольтметры и обнаруживать мельчайшие изменения в магнитных полях.
Переход Джозефсона состоит из тонкого слоя диэлектрика, зажатого между двумя сверхпроводящими слоями. При правильных условиях, электроны могут путешествовать из одного сверхпроводящего слоя в другой без сопротивления через изолятор в середине. Однако, когда ток достигает критического уровня, внезапно появляется конечное сопротивление, и напряжение проходит через устройство.
Ученые обнаружили, что переход Джозефсона, помещенный в переменное магнитное поле, создает импульсы напряжения. Исследователи обратились к теории для анализа и объяснения поведения.
Они обнаружили, что переменное магнитное поле произвело внезапный скачок в квантово-механических сверхпроводниковых слоях, называемых фазами. Фазовый скачок в свою очередь, производит импульс напряжения. Исследователи также обнаружили, что регулярное зависимое от времени магнитное поле будет производить импульсы напряжения, которые содержат сотни гармоник исходной частоты, в том числе частот в тысячи раз больше.
Выход одного устройства является небольшим, но при этом можно создать массив устройств, чтобы превратить низкую мощность, характерную для одного перехода, в более высокую выходную мощность. Исследователи подсчитали, что соединение вместе 1000 переходов Джозефсона, сделанных из оксида ниобия и алюминия, может конвертировать входную частоту 100 МГц в сигнал 100 пиковатт на 50 ГГц.
Исследователи также обнаружили, что смена формы перехода Джозефсона изменила количество энергии на различных выходных частотах. Они обнаружили, что кольцеобразный переход производил больше энергии на высших гармониках, чем круглый или прямоугольный переход.
Преобразователь частоты, сделанный из перехода Джозефсона, будет совершенно другим типом генератора сигнала, отличным от того, который используется в настоящее время. Большинство генераторов гигагерцевых сигналов являются громоздкими и дорогими. Электронные схемы, изготовленные из перехода Джозефсона, могут иметь несколько миллиметров в длину, и легко интегрируются в электронные чипы.
Пока у исследователей есть теоретические результаты, но они с нетерпением ждут практических экспериментов. Они надеются, что их начальная находка заинтересует других в строительстве устройств. Сначала эта технология, вероятно, будет использоваться в лаборатории для калибровки измерений и проведения экспериментов. При дальнейшем развитии, она также может быть использована в телекоммуникационной отрасли.
|
