Onderzoek onder leiding van een wetenschapper van de University of Sussex heeft een 156 jaar oude natuurwet op zijn kop gezet in een ontwikkeling die zou kunnen leiden tot efficiënter opladen van batterijen in auto's en mobiele telefoons.

Dr. Jordi Prat-Camps, een onderzoeker aan de Universiteit van Sussex, heeft voor het eerst aangetoond dat de koppeling tussen twee magnetische elementen extreem asymmetrisch kan worden gemaakt. In samenwerking met collega's van de Oostenrijkse Academie van Wetenschappen en de Universiteit van Innsbruck, Het onderzoek van Dr. Prat-Camps verscheurt het natuurkundige regelboek door aan te tonen dat het mogelijk is om de ene magneet met de andere te verbinden zonder dat de verbinding in de tegenovergestelde richting plaatsvindt.

De bevindingen zijn in strijd met de lang gevestigde overtuigingen van magnetische koppeling, die voortkomen uit de vier Maxwell-vergelijkingen die teruggaan tot de baanbrekende werken van Michael Faraday en James Clerk Maxwell in de 19e eeuw.

Dr. Prat-Camps zei:"We hebben het eerste apparaat gemaakt dat zich gedraagt ​​als een diode voor magnetische velden. Elektrische diodes zijn zo cruciaal dat geen van de bestaande elektronische technologieën zoals microchips, computers of mobiele telefoons zouden zonder hen mogelijk zijn. Als ons resultaat voor magnetische velden een miljoenste van dezelfde impact zou hebben als de ontwikkelingen in elektrische diodes, het zou een enorm groot succes zijn. De creatie van zo'n diode opent veel nieuwe mogelijkheden voor andere wetenschappers en technici om te verkennen. Dankzij onze ontdekking denken we dat het mogelijk is om de prestaties van draadloze energieoverdrachttechnologieën te verbeteren om de efficiëntie van het opladen van telefoons te verbeteren, laptops en zelfs auto's."

De doorbraak van Dr. Prat-Camps bouwt voort op onderzoek dat hij en collega's gedurende een aantal jaren hebben uitgevoerd, gericht op de controle en manipulatie van magnetische velden door het gebruik van metamaterialen. Onlangs hebben Dr. Prat-Camps en zijn medewerkers nieuwe hulpmiddelen ontwikkeld om magnetisme te beheersen, waaronder magnetische niet-detecteerbare mantels, magnetische concentrators en wormgaten.

Terwijl andere onderzoekers die met andere soorten metamaterialen werkten, de mogelijkheid onderzochten om de wederkerigheid voor licht- en geluidsgolven te doorbreken, Dr. Prat-Camps onderzocht of dezelfde uitdaging kan worden toegepast op magnetische velden.

Na verschillende mislukte pogingen om magnetische reciprociteit te doorbreken, het team besloot om te proberen een elektrische geleider in beweging te gebruiken. Door de vergelijkingen van Maxwell analytisch op te lossen, de onderzoekers toonden heel snel aan dat niet alleen wederkerigheid kon worden afgebroken, maar dat, de koppeling kan maximaal asymmetrisch worden gemaakt, waarbij de koppeling van A naar B anders zou zijn dan nul maar van B naar A precies nul zou zijn. Na te hebben aangetoond dat totale unidirectionele koppeling theoretisch mogelijk was, het team ontwierp en bouwde een proof-of-concept-experiment dat hun bevindingen bevestigde.

Dr. Prat-Camps zei:"De magnetische koppeling tussen magneten of circuits is iets heel bekends. Het dateert uit de baanbrekende werken van Faraday en Maxwell en is diep ingebed in de vier Maxwell-vergelijkingen die alle elektromagnetische verschijnselen beschrijven. Een overgrote meerderheid van de technologieën waarop we tegenwoordig vertrouwen, zijn gebaseerd op magnetische koppeling, inclusief motoren, transformatoren, laagfrequente antennes en apparaten voor draadloze stroomoverdracht. Zo ver we weten, niemand voor ons dacht eraan te vragen of deze symmetrie kon worden doorbroken en in welke mate."

De onderzoekers hopen dat de bevindingen grote implicaties kunnen hebben. Technologie die afhankelijk is van op magnetisch gebaseerde draadloze stroomoverdracht omvat de overgrote meerderheid van alledaagse elektronische apparaten zoals mobiele telefoons en laptops.

De natuurkundigen van Innsbruck, Oriol Romero-Isart en Gerhard Kirchmair, zeiden:"Als de koppeling tussen spoelen symmetrisch is, een deel van de energie kan ook in de tegenovergestelde richting stromen, wat de efficiëntie van de overdracht aanzienlijk kan verminderen. Door een magnetische diode te gebruiken om deze terugstroming te voorkomen, de efficiëntie van de overdracht kan aanzienlijk worden verbeterd."