Las personas dependen cada vez más de sus teléfonos móviles, tabletas y otros dispositivos portátiles que les ayuden a desenvolverse en la vida diaria. Pero estos dispositivos son propensos a fallar, a menudo causado por pequeños defectos en su compleja electrónica, que puede resultar del uso regular. Ahora, un papel en el de hoy Electrónica de la naturaleza detalla una innovación de investigadores del Centro de Investigación Científica Avanzada (ASRC) en el Centro de Graduados de la Universidad de la Ciudad de Nueva York que proporciona una protección sólida contra daños en los circuitos que afectan la transmisión de señales.

El gran avance se realizó en el laboratorio de Andrea Alù, director de la Iniciativa Fotónica de la ASRC. Alù y sus colegas del City College of New York, La Universidad de Texas en Austin y la Universidad de Tel Aviv se inspiraron en el trabajo fundamental de tres investigadores británicos que ganaron el Premio Noble de Física 2016 por su trabajo. que descubrió que las propiedades particulares de la materia (como la conductividad eléctrica) se pueden conservar en ciertos materiales a pesar de los cambios continuos en la forma o la forma de la materia. Este concepto está asociado con la topología, una rama de las matemáticas que estudia las propiedades del espacio que se conservan bajo deformaciones continuas.

"En los últimos años ha habido un gran interés en traducir este concepto de topología de la materia de la ciencia de los materiales a la propagación de la luz, ", dijo Alù." Logramos dos objetivos con este proyecto:Primero, Demostramos que podemos usar la ciencia de la topología para facilitar la propagación robusta de ondas electromagnéticas en componentes electrónicos y de circuitos. Segundo, Demostramos que la robustez inherente asociada con estos fenómenos topológicos puede ser autoinducida por la señal que viaja en el circuito, y que podemos lograr esta solidez utilizando no linealidades adaptadas adecuadamente en matrices de circuitos ".

Para lograr sus objetivos, el equipo utilizó resonadores no lineales para moldear un diagrama de bandas de la matriz del circuito. La matriz se diseñó para que un cambio en la intensidad de la señal pudiera inducir un cambio en la topología del diagrama de bandas. Para intensidades de señal bajas, el circuito electrónico fue diseñado para soportar una topología trivial, y por lo tanto no brindan protección contra defectos. En este caso, a medida que se introdujeron defectos en la matriz, la transmisión de la señal y la funcionalidad del circuito se vieron afectadas negativamente.

A medida que el voltaje se incrementó más allá de un umbral específico, sin embargo, la topología del diagrama de bandas se modificó automáticamente, y la transmisión de la señal no se vio obstaculizada por defectos arbitrarios introducidos en el conjunto de circuitos. Esto proporcionó evidencia directa de una transición topológica en los circuitos que se tradujo en una robustez autoinducida contra los defectos y el desorden.

"Tan pronto como aplicamos la señal de voltaje más alto, el sistema se reconfiguró, induciendo una topología que se propaga por toda la cadena de resonadores permitiendo que la señal se transmita sin ningún problema, "dijo A. Khanikaev, profesor del City College of New York y coautor del estudio. "Debido a que el sistema no es lineal, es capaz de sufrir una transición inusual que hace que la transmisión de la señal sea robusta incluso cuando hay defectos o daños en los circuitos ".

"Estas ideas abren oportunidades interesantes para la electrónica intrínsecamente robusta y muestran cómo conceptos complejos en matemáticas, como el de la topología, puede tener un impacto en la vida real en dispositivos electrónicos comunes, "dijo Yakir Hadad, autor principal y ex postdoctorado en el grupo de Alù, actualmente profesor en la Universidad de Tel-Aviv, Israel. "Se pueden aplicar ideas similares a circuitos ópticos no lineales y extenderse a metamateriales no lineales bidimensionales y tridimensionales".