Opdagelse af topologiske LC-kredsløb, der transporterer EM-bølger uden tilbagespredning

NIMS har haft held med at fremstille topologiske LC-kredsløb arrangeret i et honeycomb-mønster, hvor elektromagnetiske (EM) bølger kan forplante sig uden tilbagespredning, selv når stierne drejer skarpt. Disse kredsløb kan være egnede til brug som højfrekvente elektromagnetiske bølgeledere, hvilket ville muliggøre miniaturisering og høj integration i elektroniske enheder såsom mobiltelefoner.

Forskere søger topologiske egenskaber med funktioner, der ikke påvirkes, selvom prøveformerne ændres. Topologiske egenskaber blev først opdaget i elektronsystemer, og for nylig, idéen er udviklet til lys og mikrobølger til at bygge optiske og elektromagnetiske bølgeledere, der er immune over for tilbagespredning. Imidlertid, realisering af topologiske egenskaber i lys og mikrobølger kræver normalt gyromagnetiske materialer under et eksternt magnetfelt, eller nogle andre komplekse strukturer. For at matche eksisterende elektronik- og fotonikteknologier, det er vigtigt at opnå topologiske egenskaber baseret på konventionelle materialer og enkle strukturer.

I 2015 dette forskerhold demonstrerede topologiske egenskaber i lys og mikrobølger i et honeycomb-gitter af dielektriske cylindre såsom silicium. Denne gang, holdet rapporterede, at i en mikrostrimmel, elektromagnetiske bølger opnår topologiske egenskaber, når de metalliske strimler danner et honeycomb-mønster, og bredden af ​​de intra-hexagon og inter-hexagon-strimler er forskellige. Holdet fremstillede også mikrostrimler og målte elektriske felter på deres overflader, og med succes observeret den detaljerede struktur af topologiske elektromagnetiske tilstande, hvor hvirvler af elektromagnetisk energi polariseret i en bestemt retning genereres under bølgeudbredelsen.

Denne forskning viser, at topologisk udbredelse af elektromagnetiske bølger kan induceres ved hjælp af konventionelle materialer i en simpel struktur. Fordi topologisk elektromagnetisk bølgeudbredelse er immun over for tilbagespredning, selv når veje drejer skarpt, design af kompakte elektromagnetiske kredsløb bliver mulige, fører til miniaturisering og høj integration af elektroniske enheder. Ud over, hvirvelretningen og hvirvlen forbundet med topologiske elektromagnetiske tilstande kan bruges som databærere i informationskommunikation med høj tæthed. Alle disse funktioner kan bidrage til udviklingen af ​​avanceret informationssamfund repræsenteret af IoT og autonome køretøjer.