Pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign replicaram um dos efeitos eletromagnéticos mais conhecidos da física, o Efeito Hall, usando ondas de rádio (fótons) em vez de corrente elétrica (elétrons). Sua técnica poderia ser usada para criar sistemas de comunicação avançados que aumentam a transmissão de sinal em uma direção enquanto absorvem simultaneamente os sinais que vão na direção oposta.

O Efeito Hall, descoberto em 1879 por Edwin Hall, ocorre devido à interação entre partículas carregadas e campos eletromagnéticos. Em um campo elétrico, partículas carregadas negativamente (elétrons) sofrem uma força oposta à direção do campo. Em um campo magnético, os elétrons em movimento sofrem uma força na direção perpendicular ao seu movimento e ao campo magnético. Essas duas forças se combinam no Efeito Hall, onde os campos elétricos e magnéticos perpendiculares se combinam para gerar uma corrente elétrica. A luz não está carregada, portanto, os campos elétricos e magnéticos regulares não podem ser usados ​​para gerar uma "corrente de luz" análoga. Contudo, em um artigo recente publicado em Cartas de revisão física , os pesquisadores fizeram exatamente isso com a ajuda do que eles chamam de "campos elétricos e magnéticos sintéticos".

O grupo de pesquisa do investigador principal Gaurav Bahl tem trabalhado em vários métodos para melhorar a transmissão de dados de rádio e óptica, bem como a comunicação de fibra óptica. No início deste ano, o grupo explorou uma interação entre ondas de luz e som para suprimir a dispersão de luz de defeitos materiais e publicou seus resultados em Optica . Em 2018, O membro da equipe Christopher Peterson foi o autor principal de um artigo da Science Advances que explicou uma tecnologia que promete reduzir pela metade a largura de banda necessária para comunicações, permitindo que uma antena envie e receba sinais na mesma frequência simultaneamente por meio de um processo chamado acoplamento não recíproco.

No estudo atual, Peterson forneceu outro método promissor para controlar direcionalmente a transmissão de dados usando um princípio semelhante ao Efeito Hall. Em vez de uma corrente elétrica, a equipe gerou uma "corrente de luz" criando campos elétricos e magnéticos sintéticos, que afetam a luz da mesma forma que os campos normais afetam os elétrons. Ao contrário dos campos elétricos e magnéticos convencionais, esses campos sintéticos são criados variando-se a estrutura pela qual a luz se propaga no espaço e no tempo.

"Embora as ondas de rádio não transportem carga e, portanto, não experimentem forças de campos elétricos ou magnéticos, os físicos sabem há vários anos que forças equivalentes podem ser produzidas confinando a luz em estruturas que variam no espaço ou no tempo, "Peterson explicou." A taxa de mudança da estrutura no tempo é efetivamente proporcional ao campo elétrico, e a taxa de mudança no espaço é proporcional ao campo magnético. Embora esses campos sintéticos tenham sido considerados anteriormente separadamente, mostramos que sua combinação afeta os fótons da mesma forma que afeta os elétrons. "

Ao criar um circuito especialmente projetado para aumentar a interação entre esses campos sintéticos e ondas de rádio, a equipe aproveitou o princípio do Efeito Hall para impulsionar os sinais de rádio em uma direção, aumentando sua força, ao mesmo tempo, parando e absorvendo sinais que vão na outra direção. Seus experimentos mostraram que, com a combinação certa de campos sintéticos, os sinais podem ser transmitidos através do circuito mais de 1000 vezes mais efetivamente em uma direção do que na direção oposta. Sua pesquisa poderia ser usada para produzir novos dispositivos que protegem as fontes de ondas de rádio de interferências potencialmente prejudiciais, ou que ajudam a garantir que as medições mecânicas quânticas sensíveis sejam precisas. A equipe também está trabalhando em experimentos que estendem o conceito a outros tipos de ondas, incluindo vibrações leves e mecânicas, enquanto procuram estabelecer uma nova classe de dispositivos com base na aplicação do Efeito Hall fora de seu domínio original.