Il nuovo sistema simmetrico di parità apre la gamma di lunghezze d’onda a ricercatori e ingegneri

Credito: Pixabay/CC0 di dominio pubblico

I ricercatori dei laboratori di Lan Yang, Edwin H. & Florence G. Skinner Professor, e Xuan “Silvia” Zhang, professore associato, presso la McKelvey School of Engineering presso la Washington University di St. Louis, hanno sviluppato il primo sistema elettronico simmetrico di parità a tempo completamente integrato.

E può essere realizzato senza l’uso di materiali esotici, richiedendo solo la stessa tecnologia di fabbricazione microelettronica standard utilizzata oggi per i circuiti integrati comuni.

La ricerca è stata pubblicata il 17 marzo sulla rivista Natura Nanotecnologia.

I sistemi PT-simmetrici consentono di manipolare il flusso di energia in modi nuovi e sorprendenti. Attualmente, possono operare in un intervallo limitato, sia nel dominio acustico a frequenza estremamente bassa che nel dominio ottico a frequenza estremamente alta.

Questa nuova tecnologia ha implementato un concetto con notevoli proprietà matematiche provenienti dalla fisica quantistica in un circuito integrato. Si apre una nuova parte dello spettro per la ricerca nella gamma dei gigato terahertz.

“Il nostro lavoro apre questa parte centrale (dello spettro) che copre le applicazioni cruciali delle microonde e delle onde millimetriche; colmiamo il divario”, ha affermato Zhang.

“Nessuno al mondo è in grado di costruire sistemi simmetrici PT che coprano questa gamma di frequenze”.

La chiave di questi sistemi è la capacità di bilanciare con precisione la perdita di energia di un risonatore con il guadagno di un altro risonatore accoppiato. Questo speciale punto di equilibrio è la simmetria PT e consente nuovi e potenti modi per manovrare il flusso e la localizzazione dell’energia.

Un’immagine riflessa in uno specchio ha una trasformazione di parità: nel riflesso, una mano destra viene invertita e diventa una mano sinistra e viceversa. Un video riprodotto all’indietro è un esempio di inversione temporale: gli eventi nel video si spostano indietro nel tempo.







Esempi di diversi tipi di simmetria. Credito: Laboratorio Murch

Se entrambe le trasformazioni vengono eseguite contemporaneamente e “si annullano a vicenda” – il sistema ha lo stesso aspetto di prima delle trasformazioni – allora si dice che quel sistema ha simmetria PT.

Tale concetto è stato utilizzato in sistemi di risonatori fotonici accoppiati per sviluppare nuove strategie per controllare il flusso di luce, come la trasmissione della luce non reciproca.

Essere in grado di manipolare un’ulteriore fascia dello spettro elettromagnetico apre la possibilità di nuove scoperte e tecnologie, ha affermato Weidong Cao, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Zhang.

In pratica, questi tipi di sistemi sono componenti importanti per radar, comunicazioni wireless e sistemi di trasferimento di potenza. In questo momento, le parti rilevanti richiedono grandi nuclei magnetici. “Ma ora possiamo ridurli a un chip di circuito integrato delle dimensioni di un’unghia”, ha detto Zhang.

Grazie a una nuova tecnologia di fabbricazione, il sistema è scalabile, rendendo più facile sfruttare le nuove funzionalità nelle tecnologie esistenti.

“La fabbricazione di circuiti integrati e il nostro design dei circuiti consentono di costruire specificamente per diverse aree dello spettro elettromagnetico”, ha affermato Cao.

“I nostri risultati mostrano che l’introduzione della simmetria PT nella tecnologia dei circuiti integrati potrebbe avvantaggiare un’ampia gamma di applicazioni basate su chip come la modulazione di frequenza e la manipolazione della propagazione delle microonde”.

Yang ha detto di essere colpita dalla potenziale capacità della fisica di avere un impatto così ampio e immediato sulla tecnologia.

“È entusiasmante dimostrare le prestazioni e le funzioni superiori abilitate da un nuovo design guidato dalla scienza fondamentale in una piattaforma che è stata ampiamente adottata nell’industria”, ha affermato.


I traslatori di frequenza su chip nella gamma dei gigahertz potrebbero essere utilizzati nei computer e nelle reti quantistici di prossima generazione


Maggiori informazioni:
Weidong Cao et al, Elettronica a parità di tempo completamente integrata, Natura Nanotecnologia (2022). DOI: 10.1038/s41565-021-01038-4

Fornito dalla Washington University di St. Louis

Citazione: il nuovo sistema simmetrico di parità apre la gamma di lunghezze d’onda agli ingegneri (2022, 5 aprile) recuperati l’8 aprile 2022 da https://phys.org/news/2022-04-parity-time-symmetric-range-wavelengths . html

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