Los científicos del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) son excepcionales en muchos aspectos. Trabajando en colaboración con el Imperial College de Londres, por ejemplo, han realizado investigaciones sobre un fenómeno en los sistemas de procesamiento de información denominado "puntos excepcionales". Este fenómeno ha encontrado aplicaciones en microondas, tecnologías ópticas y mecánicas.

"Nuestro equipo detectó experimentalmente una superficie excepcional, una superficie curva tridimensional continua de puntos excepcionales, "dijo Xufeng Zhang, quien dirigió este proyecto de investigación internacional y trabaja como científico asistente en el Centro de Materiales a Nanoescala (CNM) en Argonne, una instalación para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE. Investigaciones anteriores de otros habían detectado puntos de excepción, e investigadores posteriores habían trazado líneas de puntos excepcionales medidos, pero esta es la primera vez que los investigadores trazan superficies.

"Nuestra contribución original es haber mapeado superficies tridimensionales de puntos excepcionales basados ​​en mediciones experimentales, y el resultado son gráficos sorprendentemente hermosos ". - Xufeng Zhang, científico asistente en el Centro de Materiales a Nanoescala

"Piense en dos sistemas, cada uno de los cuales tiene su propia pérdida de energía para el medio ambiente, ", explicó Zhang." También imagina que estos sistemas están acoplados para que puedan intercambiar energía entre ellos ".

Cuando estos sistemas están muy separados, se produce poca interacción entre ellos, y los cálculos relacionados con la energía producen dos soluciones independientes vinculadas únicamente a sus interacciones con el medio ambiente. A medida que se acercan e interactúan juntos, los sistemas entran en una fase de transición en la que solo hay una solución. Eso se considera un punto excepcional. A medida que los sistemas se acercan aún más, el punto excepcional se desvanece, y los cálculos arrojan pares de "soluciones híbridas, "una mezcla de las soluciones para cada sistema.

Una posible aplicación de puntos excepcionales son los sensores con una sensibilidad muy mejorada a las interrupciones, como ligeras fluctuaciones en un campo magnético. Otra aplicación es la conversión de modo, Que permite, por ejemplo, las señales de las dos partes en una llamada telefónica se mantendrán en modos separados, esencialmente eliminando cualquier interferencia no deseada.

"Nuestra contribución original es haber mapeado superficies tridimensionales de puntos excepcionales basados ​​en mediciones experimentales, y el resultado son gráficos sorprendentemente hermosos, ", Dijo Zhang. Estas superficies excepcionales en sí mismas tienen lo que Zhang llama" puntos de silla excepcionales, "El punto más excepcional entre todos los otros puntos excepcionales en las superficies. Estos puntos de silla han aumentado el comportamiento deseado sobre los otros puntos excepcionales.

El aparato experimental del equipo combina dos sistemas:una placa de circuito impreso especializada que confina microondas y una esfera magnética a microescala de granate de hierro ytrio, que produce resonancias llamadas "magnones".

"Los magnones son cuasipartículas cuantificadas asociadas con ondas de espín, una excitación colectiva del ordenamiento magnético en una red cristalina, ", Explicó Zhang." Lo que es importante aquí es que cambiar la magnetización en un punto del enrejado afecta a los sitios vecinos como una ola que ondula a través de la superficie de un estanque plácido ".

El equipo utilizó un espectrómetro magneto-electro-óptico en el CNM para medir la respuesta a diferentes sintonizaciones de la fuerza de acoplamiento fotón-magnón y la posición en su aparato. Luego trazó los resultados en gráficos tridimensionales de una superficie excepcional.

Si bien es muy abstracto y matemático, este descubrimiento fundamental podría tener un impacto en el mundo real en el procesamiento de la información. Como uno de varios ejemplos posibles, La transferencia de información exige que el ruido no corrompa los ceros y unos que se transmiten. y el mapeo de superficies excepcional podría ayudar a brindar una protección mucho mayor para este proceso.

"Nuestro trabajo también abre nuevas e interesantes posibilidades para el procesamiento de información cuántica con funcionalidades muy deseadas, "Señaló Zhang.