Un team di ricerca internazionale guidato dalla Aalto University ha trovato una nuova e semplice strada per infrangere la legge di reciprocità nel mondo elettromagnetico, modificando periodicamente nel tempo le proprietà di un materiale. La svolta potrebbe aiutare a creare dispositivi non reciproci efficienti, come isolatori e circolatori compatti, necessari per la prossima generazione di sistemi di comunicazione a microonde e ottici.

Quando guardiamo attraverso una finestra e vediamo il nostro vicino per strada, anche il vicino può vederci. Questa si chiama reciprocità, ed è il fenomeno fisico più comune in natura. I segnali elettromagnetici che si propagano tra due sorgenti sono sempre regolati dalla legge di reciprocità:se il segnale proveniente dalla sorgente A può essere ricevuto dalla sorgente B, quindi il segnale dalla sorgente B può essere ricevuto anche dalla sorgente A con uguale efficienza.

Ricercatori dell'Università Aalto, Università di Stanford, e il Politecnico federale di Losanna (EPFL) hanno dimostrato con successo che la legge sulla reciprocità può essere violata se la proprietà del mezzo di propagazione cambia periodicamente nel tempo. Il mezzo di propagazione si riferisce a un materiale in cui le onde luminose ed elettromagnetiche sopravvivono e si propagano da un punto all'altro.

Il team ha teoricamente dimostrato che, se il mezzo è modellato in una struttura asimmetrica e la sua proprietà fisica varia globalmente nel tempo, il segnale generato dalla sorgente A può essere ricevuto dalla sorgente B ma non viceversa. Questo crea un forte effetto non reciproco, poiché il segnale dalla sorgente B non può essere ricevuto dalla sorgente A.

"Questa è una pietra miliare importante sia nella comunità fisica che in quella ingegneristica. Abbiamo bisogno di una trasmissione della luce unidirezionale per una varietà di applicazioni, come stabilizzare il funzionamento del laser o progettare futuri sistemi di comunicazione, come i sistemi full-duplex con maggiore capacità di canale, ", afferma il ricercatore post-dottorato Xuchen Wang dell'Università di Aalto.

In precedenza, la creazione di un effetto non reciproco ha richiesto la polarizzazione dei magneti esterni, che rende i dispositivi ingombranti, temperatura instabile, e talvolta incompatibile con altri componenti. Le nuove scoperte forniscono il modo più semplice e compatto per rompere la reciprocità elettromagnetica, senza bisogno di ingombranti e pesanti magneti.

"Tali variazioni "solo tempo" ci consentono di progettare piattaforme di materiali semplici e compatte in grado di trasmettere la luce unidirezionale e persino di amplificare, "Spiega Xuchen.