(Phys.org) —Los físicos han demostrado un nuevo modo de onda electromagnética llamado "onda lineal, "que viaja a lo largo de una línea infinitamente delgada a lo largo de la interfaz entre dos superficies adyacentes con diferentes propiedades electromagnéticas. Los científicos esperan que las ondas lineales sean útiles para el enrutamiento y la concentración eficientes de la energía electromagnética, con aplicaciones potenciales en áreas como la fotónica integrada, interacciones luz-materia, y óptica cuántica quiral.

Los investigadores, Dia'aaldin J. Bisharat en la Universidad de la Ciudad de Hong Kong y la Universidad de California, San Diego, y Daniel F. Sievenpiper en la Universidad de California, San Diego, han publicado un artículo sobre su demostración de ondas lineales en un número reciente de Cartas de revisión física .

"Son las primeras ondas electromagnéticas que se encuentran guiadas por un infinitesimal, objeto unidimensional, "Sievenpiper dijo Phys.org . "La guía de ondas no es más que una línea, que es una interfaz entre dos hojas o planos adyacentes. Esto también conduce a una concentración de campo muy alta, y los campos electromagnéticos en realidad tienen una singularidad en la línea, lo que significa que se acercan al infinito en el límite matemático. Por supuesto, en materiales reales con espesores finitos, los campos no pueden ser infinitos, pero aún pueden estar muy concentrados ".

Como explican los físicos, las nuevas ondas lineales electromagnéticas recuerdan a las ondas electromagnéticas superficiales, que ocurren en la interfaz entre dos tipos diferentes de superficies colocadas una encima de la otra. Las ondas superficiales se pueden utilizar para confinar fuertemente y guiar la luz, haciéndolos útiles para aplicaciones de comunicación y transmisión de energía.

Las ondas lineales son similares a las ondas superficiales en que también se limitan a la interfaz entre dos superficies, pero con ondas lineales las superficies se colocan una al lado de la otra, restringiendo la interfaz a una línea. La clave para realizar ondas lineales es que una de las superficies es inductiva mientras que la otra es capacitiva. Mientras que la superficie inductiva soporta ondas polarizadas magnéticas transversales, la superficie capacitiva soporta ondas eléctricas polarizadas transversales. Cuando los dos tipos de superficies se colocan uno al lado del otro, estos dos límites diferentes soportan ondas de línea en la interfaz. Otra característica importante de las ondas lineales, como explican los físicos, es que evitan naturalmente la retrodispersión.

"Las ondas de línea también tienen otra propiedad especial, que es que las polarizaciones opuestas solo pueden propagarse en direcciones opuestas, "Sievenpiper dijo." Esto significa que los defectos en la línea no pueden dispersar las ondas hacia la fuente, por lo que este tipo de guía de ondas evita naturalmente reflejos no deseados. Esto es similar a los aislantes topológicos fotónicos desarrollados recientemente, pero las ondas de línea tienen algunas ventajas, como un ancho de banda más amplio, y permiten una fabricación más sencilla ".

Los científicos demostraron ondas lineales en experimentos y simulaciones mediante el uso de metasuperficies periódicas, y esperan poder aumentar aún más el rango operativo utilizando otros materiales. Una posibilidad es el grafeno, que puede diseñarse para ser una superficie inductiva o una superficie capacitiva dependiendo de su nivel de dopaje.

Para demostrar el control de las ondas lineales, los físicos mostraron en simulaciones cómo las ondas lineales pueden guiarse a lo largo de trayectorias curvas y encaminarse para hacer giros bruscos. Esta capacidad de confinar y transportar energía electromagnética de forma controlada probablemente será útil para construir dispositivos de red y aplicaciones fotónicas integradas. que los investigadores planean seguir investigando en el futuro.

"Las ondas de línea se pueden utilizar para guías de ondas ópticas integradas, por ejemplo, "Sievenpiper dijo." Su alta concentración de campo puede permitir moduladores ópticos de mayor rendimiento o detectores químicos sensibles. El hecho de que admitan la propagación unidireccional con una retrodispersión insignificante puede permitir aisladores ópticos o circuladores. Si se fabrica con materiales como el grafeno, las guías de onda de línea podrían reconfigurarse eléctricamente, conduciendo a circuitos ópticos programables en campo ".

En el futuro, los investigadores planean trabajar en la realización de este tipo de circuitos ópticos.

"Estamos comenzando dos nuevos proyectos basados ​​en ondas lineales. El primero es reducirlos a frecuencias ópticas y demostrar componentes fotónicos como aisladores y moduladores con mejor desempeño que sus contrapartes convencionales. El siguiente paso después de eso sería construirlos usando Materiales sintonizables para hacer circuitos ópticos reconfigurables.

"También estamos iniciando un proyecto para extender este concepto del dominio electromagnético a las ondas acústicas o fonónicas, para habilitar materiales con nuevas propiedades para controlar la vibración, propagación del sonido, y transporte de calor ".

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