Forskning ledd av en forskare från University of Sussex har vänt en 156 år gammal fysiklag på huvudet i en utveckling som kan leda till effektivare laddning av batterier i bilar och mobiltelefoner.

Dr Jordi Prat-Camps, en forskare vid University of Sussex, har för första gången visat att kopplingen mellan två magnetiska element kan göras extremt asymmetrisk. Arbetar med kollegor från den österrikiska vetenskapsakademin och universitetet i Innsbruck, Dr Prat-Camps forskning river upp fysikregelboken genom att visa att det är möjligt att få en magnet att ansluta till en annan utan att kopplingen sker i motsatt riktning.

Fynden strider mot sedan länge etablerade uppfattningar om magnetisk koppling, som kommer från de fyra Maxwell-ekvationerna som går tillbaka till Michael Faradays och James Clerk Maxwells framträdande verk på 1800-talet.

Dr Prat-Camps sa:"Vi har skapat den första enheten som beter sig som en diod för magnetfält. Elektriska dioder är så avgörande att ingen av de befintliga elektroniska teknologierna som mikrochips, datorer eller mobiltelefoner skulle vara möjligt utan dem. Om vårt resultat för magnetfält skulle ha en miljondel av samma effekt som utvecklingen av elektriska dioder, det skulle bli en enorm framgång. Skapandet av en sådan diod öppnar upp för många nya möjligheter för andra forskare och tekniker att utforska. Tack vare vår upptäckt tror vi att det kan vara möjligt att förbättra och prestandan hos trådlös kraftöverföringsteknik för att förbättra effektiviteten för att ladda telefoner, bärbara datorer och till och med bilar."

Dr Prat-Camps genombrott bygger på forskning som han och kollegor har utfört under ett antal år med fokus på kontroll och manipulation av magnetfält genom användning av metamaterial. Nyligen har Dr. Prat-Camps och hans medarbetare utvecklat nya verktyg för att kontrollera magnetism, inklusive magnetiska oupptäckbara kappor, magnetiska koncentratorer och maskhål.

Som andra forskare som arbetar med andra typer av metamaterial undersökte möjligheten att bryta ömsesidighet för ljus- och ljudvågor, Dr Prat-Camps undersökte om samma utmaning kunde tillämpas på magnetfält.

Efter flera misslyckade försök att bryta magnetisk ömsesidighet, teamet bestämde sig för att försöka använda en elektrisk ledare i rörelse. Genom att lösa Maxwells ekvationer analytiskt, forskarna visade mycket snabbt att inte bara ömsesidighet kunde brytas ner utan att, kopplingen kan göras maximalt asymmetrisk, varvid kopplingen från A till B skulle skilja sig från noll men från B till A skulle den vara exakt noll. Efter att ha visat att total enkelriktad koppling var möjlig teoretiskt, teamet designade och byggde ett proof-of-concept-experiment som bekräftade deras resultat.

Dr. Prat-Camps sa:"Den magnetiska kopplingen mellan magneter eller kretsar är något extremt välkänt. Den går tillbaka till Faradays och Maxwells framträdande verk och är djupt inbäddad i de fyra Maxwell-ekvationerna som beskriver alla elektromagnetiska fenomen. A den stora majoriteten av de teknologier vi förlitar oss på idag är baserade på magnetisk koppling inklusive motorer, transformatorer, lågfrekventa antenner och trådlösa kraftöverföringsenheter. Så vitt vi vet, ingen före oss tänkte fråga om denna symmetri kunde brytas och i vilken utsträckning."

Forskarna hoppas att resultaten kan få breda konsekvenser. Teknik som är beroende av magnetiskt baserad trådlös kraftöverföring inkluderar de allra flesta vanliga elektroniska enheter som mobiltelefoner och bärbara datorer.

Innsbruck-fysikerna Oriol Romero-Isart och Gerhard Kirchmair sa:"Om kopplingen mellan spolarna är symmetrisk, en del av energin kan också flöda i motsatt riktning, vilket avsevärt kan minska överföringens effektivitet. Genom att använda en magnetisk diod för att förhindra detta bakåtflöde, effektiviteten av överföringen skulle kunna förbättras avsevärt."