Topologisia LC-piirejä valo- ja mikroaalloille

02.01.2019

NIMS-topologinen-LC-piiri-300-t.jpgJapanin National Institute for Materials Sciencesin (NIMS) tutkijat ovat onnistuneet tuottamaan topologisia LC-piirejä. Ne ovat järjestetty kennorakenteeseen, jossa sähkömagneettiset aallot voivat edetä ilman takaisinsirontaa silloinkin, kun reitit kääntyvät jyrkästi.

Tällaiset piirirakenteet voivat olla sopivia käytettäviksi suurten taajuuksien sähkömagneettisina aaltoputkina, jotka mahdollistaisivat miniaturisoinnin ja tehokkaan integroinnin erilaisiin elektroniikkalaitteisiin, kuten matkapuhelimiin.

Topologisien ominaisuuksien toimintaan ei vaikuta, vaikka näytteen muotoja muutettaisiin. Nämä ominaisuudet havaittiin ensin elektronijärjestelmissä, ja viime aikoina käsitettä on lavennettu valolle ja mikroaalloille.

Topologisten ominaisuuksien toteuttaminen valossa ja mikroaalloissa vaatii kuitenkin erikoismateriaaleja ja ulkoista magneettikenttää tai monimutkaisia rakenteita. Olemassa olevien elektroniikka- ja fotoniikkateknologioiden yhteensovittamiseksi on tärkeää saavuttaa topologisia ominaisuuksia tavanomaisiin materiaaleihin ja yksinkertaisiin rakenteisiin.

Vuonna 2015 tämä tutkimusryhmä osoitti valon ja mikroaaltojen topologisia ominaisuuksia dielektristen sylinterien hunajakennossa, kuten piissä. Tällä kertaa tutkijatiimi paljasti teoreettisesti, että mikroliuskoissa ja tasomaisessa piirissä sähkömagneettiset aallot saavuttavat topologisia ominaisuuksia, kun metalliliuskat muodostavat hunajakennon ja kuusikulmion sisäiset ja keskinäiset nauhat ovat erilaisia.

Tutkijatiimi myös valmisti mikroliuskoja sekä mittaili sähkökenttiä ja havaitsi topologisten sähkömagneettisten tilojen yksityiskohtaisen rakenteen, jossa aallon etenemisen aikana syntyy tietyssä suunnassa polarisoituneen sähkömagneettisen energian vortekseja. Lisäksi vorteksin suuntaa ja topologisiin sähkömagneettisiin tiloihin liittyvää vortiksiteettiä voidaan käyttää datan kantajina.

Tutkimus osoitti, että sähkömagneettisten aaltojen topologinen eteneminen voidaan indusoida käyttämällä tavanomaisia materiaaleja yksinkertaisessa rakenteessa. Topologinen sähkömagneettisten aaltojen eteneminen on immuuni takaisinsironnalle silloinkin, kun reitit kääntyvät jyrkästi.

Tällaiset pienet sähkömagneettisten piirien mallit mahdollistavat elektroniikkalaitteiden pienentämisen ja vahvan integroinnin.

Esitetty avoin tasorakenne jättää paljon tilaa muille elementeille, jotka ovat hyödyllisiä tulevaisuuden tietojenkäsittelyssä, kuten sähköiset/mekaaniset resonaattorit, suprajohtavat Josephson-liitokset ja SQUIDit.

Aiheesta aiemmin:

Uusi materiaali tietotekniikan puolijohdeteollisuudelle

Topologista magnetoresistanssia

18.01.2019Läpimurtoja orgaaniselle elektroniikalle
17.01.2019Virtausanturi verelle
17.01.2019Suunniteltuja materiaaleja fotonien hyödyntämiseksi
15.01.2019Perovskiitista spintroniikan perusta?
14.01.2019Spinkuvioita korkean lämpötilan suprajohteissa
11.01.2019Kvanttimateriaaleja puolijohteiden tilalle
10.01.2019Eksitonit avaavat tietä tehokkaampaan elektroniikkaan
09.01.2019Ympäristö muuttaa molekyylin kytkimeksi
08.01.2019Itseoppimiseen tukeutuva konenäkö
07.01.2019Parempia Li-Ion -akkuja

Siirry arkistoon »