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 la prima parità completamente integrata -sistema elettronico simmetrico temporale.

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

La ricerca è stata pubblicata il 17 marzo sulla rivista Nature Nanotechnology .

I sistemi PT-simmetrici consentono di manipolare il flusso di energia in modi nuovi e sorprendenti. Attualmente, possono operare in una gamma limitata, 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 nell'intervallo da giga a terahertz.

"Il nostro lavoro apre questa parte centrale (dello spettro) che copre le applicazioni cruciali a microonde e 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.

Se entrambe le trasformazioni vengono eseguite contemporaneamente e si "cancellano a vicenda" (il sistema ha lo stesso aspetto di prima delle trasformazioni), allora si dice che quel sistema ha una 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 emozionante 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. + Esplora ulteriormente

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