Une compréhension largement répandue du rayonnement électromagnétique a été remise en cause dans des recherches récemment publiées menées à l'Université de Strathclyde.
L'étude a révélé que la correspondance directe normale entre les bandes passantes de la source de courant et le rayonnement émis peut être rompue. Ceci a été réalisé en extrayant le rayonnement à bande étroite avec une grande efficacité, sans faire l'oscillation du courant bande étroite.
La découverte a produit des sources lumineuses à bande étroite dans des supports où le rayonnement électromagnétique ne serait normalement pas possible. Il s'agit d'un outil puissant pour les scientifiques qui leur permet de comprendre les subtilités de la façon dont les matériaux, ou encore des molécules biologiques, se comporter dans des conditions différentes, qui a un impact majeur sur la vie des gens grâce au développement de nouveaux produits et traitements médicaux.
La recherche, Publié dans Rapports scientifiques , a également impliqué des chercheurs de l'Institut national des sciences et technologies d'Ulsan (UNIST) et de l'Institut des sciences et technologies de Gwangju (GIST), les deux en Corée du Sud.
Professeur Dino Jaroszynski, du département de physique de Strathclyde, dirigé l'étude. Il a déclaré :« Les sources de lumière cohérentes telles que les lasers ont de nombreuses utilisations, de la communication à l'exploration de la structure de la matière. La source la plus simple de rayonnement électromagnétique cohérent est un courant électrique oscillant dans une antenne. Cependant, il existe de nombreux autres appareils basés sur ces lois fondamentales de la physique, comme le laser à électrons libres, qui produit un rayonnement X cohérent, ou des magnétrons trouvés dans les fours à micro-ondes.
« Notre étude a montré que certains supports courants dotés de propriétés optiques intéressantes peuvent être exploités si nous intégrons, ou enterrer, une source de courant oscillante en eux. Les médias tels que le plasma, les semi-conducteurs et les structures photoniques ont une « coupure », où la propagation du rayonnement électromagnétique avec des fréquences inférieures à la fréquence de "coupure" n'est pas possible ; nous avons remarqué que l'impédance de rayonnement est augmentée à la coupure.
"Une conséquence de ceci est que, pour une source de courant large bande immergée dans ce type de milieu dispersif, la fréquence de coupure « mode » est sélectivement améliorée en raison de la loi d'Ohm, résultant en une émission à bande passante étroite. Ce qui est curieux, c'est que la nouvelle physique devrait encore être cachée dans le comportement de coupure classique; dans nos recherches, nous avons découvert une face cachée de la coupure et réalisé un nouveau paradigme de sources lumineuses à bande étroite dans des supports qui ne permettraient généralement pas aux rayonnements électromagnétiques de se propager. Il s'agit d'une idée remarquablement simple basée sur une théorie physique simple qui semble avoir été négligée.
« C'est une découverte théorique très excitante qui résulte d'une collaboration transcontinentale très fructueuse. Cela montre que nous devons toujours garder l'esprit ouvert et remettre en question même les hypothèses les plus élémentaires. Nous espérons démontrer ce phénomène au Scottish Centre basé à Strathclyde. pour l'application des accélérateurs à plasma ; il existe de nombreuses applications du rayonnement électromagnétique et la source proposée devrait avoir un impact important si nous sommes en mesure de le démontrer expérimentalement. »
Professeur Min Sup Hur à UNIST, République de Corée du Sud, qui dirige les travaux de l'UNIST, a déclaré :« Cette nouvelle découverte est scientifiquement intéressante, car cela nous amène à voir le phénomène du rayonnement électromagnétique sous un tout autre point de vue. Nous espérons que la collaboration internationale fructueuse, qui nous a amené à cette découverte théorique, continuera avec la démonstration expérimentale de l'idée."
Sources lumineuses modernes, ou, plus généralement, les sources électromagnétiques utilisées comme outils scientifiques nécessitent une bonne cohérence, monochromaticité, et une puissance d'émission élevée. La cohérence et la bande passante étroite - ou monochromaticité - sont des propriétés importantes du rayonnement électromagnétique qui lui permettent d'être utilisé pour observer les changements dans la structure des matériaux soumis à des stimuli, comme une courte impulsion laser intense ; les propriétés des matériaux sont déduites des changements qui sont mis en évidence dans les études pompe-sonde. Une analogie serait de faire un film en assemblant de nombreux instantanés en accéléré pour animer les changements qui se produisent dans le matériel après qu'il a été stimulé.
Le principal défi consiste à rendre monochromatiques les sources de rayonnement électromagnétique à haute puissance. Cela se fait souvent en rendant le courant oscillant à bande étroite ou en filtrant le spectre, ce qui est extrêmement inefficace. C'est compliqué, et peut être cher, réduire la bande passante d'une source de courant tout en maintenant ou en augmentant sa puissance rayonnée.
Le cadre d'excellence en recherche 2014, la notation complète de la recherche des universités britanniques, a classé la recherche en physique de l'Université de Strathclyde au premier rang au Royaume-Uni, avec 96% de la production évaluée comme leader mondial ou excellent au niveau international.
