Uma equipe de pesquisa internacional liderada pela Aalto University encontrou um caminho novo e simples para quebrar a lei de reciprocidade no mundo eletromagnético, alterando a propriedade de um material periodicamente no tempo. A descoberta pode ajudar a criar dispositivos não recíprocos eficientes, como isoladores compactos e circuladores, que são necessários para a próxima geração de sistemas de comunicações ópticas e de microondas.

Quando olhamos por uma janela e vemos nosso vizinho na rua, o vizinho também pode nos ver. Isso é chamado de reciprocidade, e é o fenômeno físico mais comum na natureza. A propagação de sinais eletromagnéticos entre duas fontes é sempre regida pela lei de reciprocidade:se o sinal da fonte A pode ser recebido pela fonte B, então, o sinal da fonte B também pode ser recebido pela fonte A com igual eficiência.

Pesquisadores da Aalto University, Universidade de Stanford, e o Instituto Federal Suíço de Tecnologia em Lausanne (EPFL) demonstraram com sucesso que a lei de reciprocidade pode ser violada se a propriedade do meio de propagação mudar periodicamente no tempo. Meio de propagação refere-se a um material no qual a luz e as ondas eletromagnéticas sobrevivem e se propagam de um ponto a outro.

A equipe teoricamente demonstrou que, se o meio é moldado em uma estrutura assimétrica e sua propriedade física varia globalmente no tempo, o sinal gerado pela fonte A pode ser recebido pela fonte B, mas não o contrário. Isso cria um forte efeito não recíproco, uma vez que o sinal da Fonte B não pode ser recebido pela fonte A.

"Este é um marco importante nas comunidades de física e engenharia. Precisamos de transmissão de luz unilateral para uma variedade de aplicações, como estabilizar a operação do laser ou projetar sistemas de comunicação futuros, como sistemas full-duplex com maior capacidade de canal, "diz o pesquisador de pós-doutorado Xuchen Wang, da Aalto University.

Anteriormente, a criação de um efeito não recíproco exigiu polarização de ímãs externos, o que torna os dispositivos volumosos, temperatura instável, e às vezes incompatível com outros componentes. As novas descobertas fornecem a maneira mais simples e compacta de quebrar a reciprocidade eletromagnética, sem a necessidade de ímãs volumosos e pesados.

"Essas variações 'apenas no tempo' nos permitem projetar plataformas de materiais simples e compactas, capazes de transmissão de luz unilateral e até amplificação, "Xuchen explica.