Forskere udvikler en ny måde at bryde gensidighedsloven på

Et internationalt forskerhold ledet af Aalto Universitet har fundet en ny og enkel vej til at bryde gensidighedsloven i den elektromagnetiske verden, ved at ændre et materiales egenskab med jævne mellemrum. Gennembruddet kunne bidrage til at skabe effektive ikke-gensidige enheder, såsom kompakte isolatorer og cirkulatorer, som er nødvendige for den næste generation af mikrobølge- og optiske kommunikationssystemer.

Når vi ser gennem et vindue og ser vores nabo på gaden, naboen kan også se os. Dette kaldes gensidighed, og det er det mest almindelige fysiske fænomen i naturen. Elektromagnetiske signaler, der udbreder sig mellem to kilder, er altid underlagt lov om gensidighed:hvis signalet fra kilde A kan modtages af kilde B, så kan signalet fra kilde B også modtages af kilde A med samme effektivitet.

Forskere fra Aalto Universitet, Stanford University, og det schweiziske føderale teknologiske institut i Lausanne (EPFL) har med succes påvist, at gensidighedsloven kan brydes, hvis formeringsmediets ejendom med jævne mellemrum ændres over tid. Udbredelsesmedium refererer til et materiale, hvor lys og elektromagnetiske bølger overlever og udbreder sig fra et punkt til et andet.

Holdet demonstrerede teoretisk, at hvis mediet er formet til en asymmetrisk struktur og dets fysiske egenskaber varierer globalt i tid, signalet genereret af kilde A kan modtages af kilde B, men ikke omvendt. Dette skaber en stærk ikke-gensidig effekt, da signalet fra kilde B ikke kan modtages af kilde A.

"Dette er en vigtig milepæl i både fysik- og ingeniørsamfundet. Vi har brug for envejs lystransmission til en række applikationer, som at stabilisere laserdrift eller designe fremtidige kommunikationssystemer, såsom fuld-duplex-systemer med øget kanalkapacitet, " siger postdoc-forsker Xuchen Wang fra Aalto Universitet.

Tidligere, at skabe en ikke-gensidig effekt har krævet forspænding af eksterne magneter, hvilket gør enheder omfangsrige, temperatur ustabil, og nogle gange inkompatibel med andre komponenter. De nye resultater giver den enkleste og mest kompakte måde at bryde elektromagnetisk gensidighed på, uden behov for omfangsrige og tunge magneter.

"Sådanne 'time-only' variationer giver os mulighed for at designe enkle og kompakte materialeplatforme, der er i stand til envejs lystransmission og endda forstærkning, " forklarer Xuchen.