p A operação da tecnologia moderna requer um uso cada vez maior de sinais de frequência de banda larga. Esse, por sua vez, aumentou a demanda por produtos confiáveis, métodos eficientes de transmissão de sinais que previnem interferências e são mais eficientes no uso do espectro de frequência escassamente disponível. Esses requisitos são restritos, Contudo, por reciprocidade - uma lei da física que força a transmissão da luz a ser idêntica em direções opostas. p Nas últimas décadas, cientistas e engenheiros abordaram esses desafios com a criação de isoladores:dispositivos que usam um campo magnético externo para forçar as ondas de luz a viajar em uma única direção. Mas esta forma de isolamento de onda é cara, e requer o uso de grandes, ímãs pesados ​​que exigem muito espaço no dispositivo. Uma desvantagem adicional é que eles não podem ser integrados em circuitos e sistemas baseados em silício.

p No artigo de capa publicado na edição de hoje Nature Electronics , pesquisadores do Advanced Science Research Center (ASRC) no Graduate Center da City University of New York (CUNY) e da University of Texas em Austin detalham o desenvolvimento de um novo método de isolamento de ondas de luz que pode superar esses desafios. A abordagem inovadora não requer ímãs ou qualquer outra forma de "polarização externa" para uma transmissão de ondas confiável, ainda assim, garante o isolamento de largura de banda larga altamente eficiente.

p "Há alguns anos, trabalhamos para superar a reciprocidade sem ímãs, "disse Andrea Alù, diretor da Iniciativa Fotônica do ASRC e Professor Einstein de Física no Centro de Pós-Graduação. "No passado, exploramos o uso de dispositivos com elementos móveis ou que mudam o tempo, mas essas abordagens apresentam outros desafios tecnológicos. Nesse artigo, mostramos que um dispositivo não magnético livre de uma fonte de alimentação externa - graças a não linearidades adaptadas adequadamente - pode quebrar drasticamente a simetria de transmissão e realizar um isolamento de banda larga eficiente. "

p Em seu jornal, os pesquisadores explicam por que as tentativas anteriores de usar não linearidades para induzir o isolamento tiveram um desempenho ruim. Alù e sua equipe mostram que qualquer sistema baseado em um único ressonador não linear para isolar ondas é inerentemente limitado por uma troca de qualidade entre o nível de isolamento, largura de banda, e perda de inserção, tornando qualquer dispositivo com desempenho insatisfatório e impraticável. Em seus experimentos mais recentes, a equipe foi capaz de superar e resolver este problema usando dois ressonadores não lineares criteriosamente projetados conectados por meio de uma linha de atraso, mostrando que esta é a configuração mínima para permitir a transmissão unilateral de baixa perda em uma ampla largura de banda. Os componentes combinados, que foram impressos em uma placa de circuito, formou um altamente eficaz, isolador totalmente passivo que fornece excelente integridade de sinal.

p "Nosso avanço foi perceber que o fraco desempenho de todas as tentativas anteriores de construir isoladores não lineares residia em uma limitação decorrente da simetria de reversão do tempo, e que precisamos encontrar uma maneira de contornar este desafio, "disse Dimitrios Sounas, autor principal do estudo e cientista de pesquisa da Universidade do Texas. "Surpreendentemente, quando dois ressonadores não lineares são cuidadosamente projetados e acoplados, pode-se alcançar o melhor dos dois mundos:transmissão total e isolamento infinito. "

p A equipe prevê que as descobertas podem ser utilizadas em uma variedade de tecnologias, incluindo eletrônicos de consumo, lasers cirúrgicos, radar automotivo e sistemas lidar e circuitos e sistemas nanofotônicos. A próxima etapa da pesquisa investigará uma variedade de abordagens para ajustar a funcionalidade do isolador, incluindo potencialmente a adição de tipos adicionais de ressonadores não lineares para realizar circuladores e outros dispositivos multiportas.