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Induced Electric Dipoles01:28

Induced Electric Dipoles

A permanent electric dipole orients itself along an external electric field. This rotation can be quantified by defining the potential energy because the external torque does work in rotating it. Then, the potential energy is minimum at the parallel configuration and maximum at the antiparallel configuration. While the former is a stable equilibrium, the latter is an unstable equilibrium.
Since the absolute value of potential energy holds no physical meaning, its zero value can be chosen as per...
Dielectric Polarization in a Capacitor01:31

Dielectric Polarization in a Capacitor

The presence of a dielectric medium in a capacitor not only changes the voltage and capacitance but also affects the electric field. In general, dielectrics can be of two types: polar and nonpolar. In a polar dielectric, the positive and negative charges in the molecules are separated by a distance and hence have a permanent dipole moment. In contrast, no such charge separation exists in a nonpolar dielectric, however the nonpolar molecules get polarized in the presence of an external electric...
Gauss's Law in Dielectrics01:17

Gauss's Law in Dielectrics

Consider a polar dielectric placed in an external field. In such a dielectric, opposite charges on adjacent dipoles neutralize each other, such that the net charge within the dielectric is zero. When a polar dielectric is inserted in between the capacitor plates, an electric field is generated due to the presence of net charges near the edge of the dielectric and the metal plates interface. Since the external electrical field merely aligns the dipoles, the dielectric as a whole is neutral. An...
Induced Electric Fields01:23

Induced Electric Fields

The fact that emfs are induced in circuits implies that work is being done on the conduction electrons in the wires. What can possibly be the source of this work? We know that it’s neither a battery nor a magnetic field, as a battery does not have to be present in a circuit where current is induced, and magnetic fields never do any work on moving charges. The source of the work is in fact an electric field that is induced in the wires. For example, if a stationary conductor is placed in a...
Induced Electric Fields: Applications01:27

Induced Electric Fields: Applications

An important distinction exists between the electric field induced by a changing magnetic field and the electrostatic field produced by a fixed charge distribution. Specifically, the induced electric field is nonconservative because it does not work in moving a charge over a closed path. In contrast, the electrostatic field is conservative and does no net work over a closed path. Hence, electric potential can be associated with the electrostatic field but not the induced field. The following...
Electrostatic Boundary Conditions in Dielectrics01:27

Electrostatic Boundary Conditions in Dielectrics

When an electric field passes from one homogeneous medium to another, crossing the boundary between the two mediums imparts a discontinuity in the electric field. This results in electrostatic boundary conditions that depend on the type of mediums the field propagates through.
Consider a case where both the mediums across a boundary are two different dielectric materials. Recall that the electric field and electric displacement are proportional and related through the material's permittivity.

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Corriente inducida por el campo óptico en dieléctricos.

Agustin Schiffrin1, Tim Paasch-Colberg, Nicholas Karpowicz

  • 1Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Strasse 1, D-85748 Garching, Germany. aschiffr@phas.ubc.ca

Nature
|December 11, 2012
PubMed
Resumen

Los investigadores demuestran el control ultrarrápido de la señal eléctrica en dieléctricos, una hazaña que antes se creía imposible. Este avance en la manipulación de la forma de onda óptica podría avanzar en el procesamiento de señales electrónicas en el rango de petahercios.

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Área de la Ciencia:

  • Física del estado sólido Física del estado sólido
  • La optoelectrónica es la óptica electrónica.
  • Ciencia de los materiales Ciencia de los materiales.

Sus antecedentes:

  • Las velocidades actuales de procesamiento de señales están limitadas por los tiempos de conmutación de las corrientes eléctricas, típicamente en el rango de gigahertz.
  • El procesamiento de señales en el rango de terahercios (THz) se ve obstaculizado por las limitaciones en las interconexiones eléctricas y los métodos de control óptico existentes para semiconductores.
  • Los materiales dieléctricos han sido inadecuados para el control de corriente óptica ultrarrápida debido al daño causado por la luz UV o la ruptura de campos fuertes.

Objetivo del estudio:

  • Investigar la viabilidad de manipular señales eléctricas dentro de un material dieléctrico utilizando formas de onda ópticas.
  • Para superar las limitaciones de los métodos existentes para controlar las corrientes eléctricas a altas frecuencias.
  • Explorar el potencial de los dieléctricos para extender el procesamiento de señales electrónicas en el dominio petahertz (PHz).

Principales métodos:

  • Utilizó una forma de onda óptica de pocos ciclos para interactuar con dióxido de silicio amorfo (sílice fundida).
  • Investigó el cambio en la conductividad AC del dieléctrico bajo influencia óptica.
  • Se midió la escala de tiempo de los cambios de conductividad y la capacidad de controlar las corrientes eléctricas.

Principales resultados:

  • Logró un aumento reversible en la conductividad AC del dióxido de silicio amorfo en más de 18 órdenes de magnitud en 1 femtosegundo.
  • Demostró la capacidad de conducir, dirigir y cambiar corrientes eléctricas utilizando el campo de luz instantáneo sin inducir una avería.
  • Controló con éxito las señales eléctricas en un material dieléctrico, un avance significativo sobre los métodos basados en semiconductores.

Conclusiones:

  • La manipulación de señales eléctricas en dieléctricos es factible utilizando formas de onda ópticas a medida.
  • Esta técnica supera las limitaciones anteriores asociadas con el uso de dieléctricos para el control óptico ultrarrápido.
  • Los hallazgos allanan el camino para extender el procesamiento electrónico de señales y la metrología de alta velocidad al dominio de petahercios (10^15 Hz).