近日，電子科技大學(xué)物理學(xué)院教授王秉中課題組在無線電研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。通過理論和實(shí)驗(yàn)研究，他們提出并產(chǎn)生了一種新的電磁準(zhǔn)粒子——混合渦環(huán)。該研究結(jié)果于2月21日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》上。
渦環(huán)是一種常見的自然現(xiàn)象，具有誘人的拓?fù)浔Ｗo(hù)旋轉(zhuǎn)前進(jìn)行為，已經(jīng)在流體力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)、電磁學(xué)中引發(fā)一輪研究熱潮。王任等人提出的混合渦環(huán)由矢量電磁渦環(huán)和標(biāo)量電磁渦環(huán)耦合而成，融合了拓?fù)渌垢衩髯印M向軌道角動(dòng)量、空時(shí)場(chǎng)、電磁渦街等重要特征。
為了產(chǎn)生混合渦環(huán)，王任等人提出了一種由同軸喇叭和超表面組成的發(fā)射器。該發(fā)射器由同軸喇叭和超表面組成，其中同軸喇叭可以發(fā)射徑向極化脈沖，超表面具有譜-頻渦旋響應(yīng)，可以將徑向極化脈沖轉(zhuǎn)化為混合渦環(huán)。
矢量與標(biāo)量渦環(huán)的相互耦合作用，使混合渦環(huán)中產(chǎn)生了電磁渦街等新奇特征。渦街是在流體中障礙物后出現(xiàn)的一種自然現(xiàn)象，具有穩(wěn)定的拓?fù)浼y理和亞波長(zhǎng)特征。該研究首次在電磁場(chǎng)中實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到了渦街現(xiàn)象。
這項(xiàng)研究提出的混合渦環(huán)理論和產(chǎn)生方法，不僅適用于微波頻段，也適用于太赫茲和光學(xué)等頻段，在現(xiàn)代無線系統(tǒng)中具有巨大的應(yīng)用潛力。首先，混合渦環(huán)具有拓?fù)浔Ｗo(hù)的抗擾動(dòng)傳輸特性，有望提高信息和能量傳輸?shù)姆€(wěn)定性；其次，混合渦環(huán)中同時(shí)含有兩種重要的信息傳輸載體，橫向軌道角動(dòng)量和斯格明子，這為在不增加傳輸口徑的情況下大幅提高信息容量提供了可能；再次，混合渦環(huán)中含有大量具有不同特性的空時(shí)奇點(diǎn)和亞波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，可以用于超分辨率探測(cè)與成像；最后，混合渦環(huán)中的特殊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為粒子操控和新型波與物質(zhì)相互作用提供了機(jī)遇。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/sciadv.ads4797
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