Вихревые кольца — удивительное и завораживающее природное явление, которое можно наблюдать как в воздухе, так и в электромагнитных волнах. Представьте себе пушку, которая стреляет воздушными кольцами, создавая идеальный вихрь, плавно скользящий по воздуху, словно невидимая рука рисует изящную линию в небе. Это не просто физический феномен, а настоящий шедевр природы.

Создание таких воздушных вихрей — это сочетание науки и эстетики. Когда воздушная пушка выстреливает, мгновенная разница давления заставляет воздух сформировать вращающееся кольцо, которое движется вперёд, демонстрируя уникальную форму и поведение.

Теперь представьте, что тот же принцип применяется к электромагнитным волнам. Можно вообразить "электромагнитную вихревую пушку", которая напрямую испускает электромагнитные вихревые кольца. Благодаря упорной работе исследователей, эта идея постепенно становится реальностью. Недавно доцент Жэнь Ван из Университета электронной науки и технологий Китая, доцент Ицзе Шэнь из Наньянского технологического университета в Сингапуре и их коллеги из Университета Саутгемптона в Великобритании предложили метод использования коаксиальных рупорных антенн для создания таких электромагнитных вихрей.

Они наблюдали, как эти вихри распространяются и какие у них топологические структуры скирмионов. Их работа была опубликована в журнале Applied Physics Reviews.

Источник: Ren Wang; Pan-Yi Bao.
Воздушные пушки создают видимые вихревые кольца, генерируя вращающиеся перепады давления воздуха, в то время как электромагнитные пушки излучают электромагнитные вихревые импульсы с помощью коаксиальных рупорных антенн.

Учёные объясняют принцип работы своей "электромагнитной пушки": "Мы используем сверхширокополосные, радиально поляризованные, конические коаксиальные рупорные антенны, чтобы создать вращающуюся структуру электромагнитной волны. Когда антенна излучает, возникает мгновенная разница давления, формирующая вихревые кольца, которые сохраняют свою форму и энергию на больших расстояниях. Уникальность метода в том, что он позволяет генерировать электромагнитные импульсы со сложными топологическими характеристиками, такими как скирмионы, которые демонстрируют удивительную устойчивость и способность к самовосстановлению при распространении".

"Возможности применения этой технологии огромны и вдохновляющи. В высокоскоростных системах связи эти вихревые импульсы могут изменить подход к передаче информации, предлагая более эффективные и надёжные способы кодирования данных. Уникальные спектральные и поляризационные характеристики вихревых колец позволяют передавать больше информации, чем традиционные волны, что делает их идеальными для сетей связи следующего поколения. Кроме того, их способность сохранять структуру даже при внешних помехах делает их ценными для дистанционного зондирования и обнаружения объектов. Анализируя уникальные модели этих вихревых импульсов, мы можем разработать более точные и надёжные методы обнаружения и定位 объектов, будь то в оборонных системах или при исследовании космоса", — отмечают учёные.

"Размышляя о последствиях наших открытий, я особенно взволнован тем, как это исследование может привести к прорывам в метрологии и обработке информации. Пространственно-временная связь вихревых импульсов даёт основу для разработки новых методов комплексного кодирования данных и высокоточных измерений.

Кроме того, текстуры скирмионов, встроенные в вихревые кольца, открывают захватывающие возможности для топологического хранения и обработки данных, что может привести к более эффективным способам управления и анализа больших объёмов информации. Эта работа не только демонстрирует невероятную универсальность электромагнитных вихревых колец, но и закладывает фундамент для будущих инноваций в области беспроводных технологий, позволяя переосмыслить наше понимание электромагнитных явлений", — добавляют исследователи.