Un equipo de investigación internacional liderado por la Universidad de Aalto ha encontrado una ruta nueva y simple para romper la ley de reciprocidad en el mundo electromagnético. cambiando la propiedad de un material periódicamente en el tiempo. El avance podría ayudar a crear dispositivos eficientes no recíprocos, como aisladores y circuladores compactos, que son necesarios para la próxima generación de sistemas de comunicaciones ópticas y de microondas.

Cuando miramos por una ventana y vemos a nuestro vecino en la calle, el vecino también puede vernos. A esto se le llama reciprocidad, y es el fenómeno físico más común en la naturaleza. Las señales electromagnéticas que se propagan entre dos fuentes siempre se rigen por la ley de reciprocidad:si la señal de la fuente A puede ser recibida por la fuente B, entonces la señal de la fuente B también puede ser recibida por la fuente A con la misma eficiencia.

Investigadores de la Universidad Aalto, Universidad Stanford, y el Instituto Federal Suizo de Tecnología en Lausana (EPFL) han demostrado con éxito que la ley de reciprocidad puede romperse si la propiedad del medio de propagación cambia periódicamente en el tiempo. El medio de propagación se refiere a un material en el que la luz y las ondas electromagnéticas sobreviven y se propagan de un punto a otro.

El equipo demostró teóricamente que, si el medio tiene la forma de una estructura asimétrica y su propiedad física varía globalmente en el tiempo, la señal generada por la fuente A puede ser recibida por la fuente B pero no al revés. Esto crea un fuerte efecto no recíproco, dado que la señal de la fuente B no puede ser recibida por la fuente A.

"Este es un hito importante tanto en la comunidad de la física como en la de la ingeniería. Necesitamos transmisión de luz unidireccional para una variedad de aplicaciones, como estabilizar el funcionamiento del láser o diseñar futuros sistemas de comunicación, como los sistemas full-duplex con mayor capacidad de canal, "dice el investigador postdoctoral Xuchen Wang de la Universidad de Aalto.

Previamente, La creación de un efecto no recíproco ha requerido la polarización de imanes externos, lo que hace que los dispositivos sean voluminosos, temperatura inestable, ya veces incompatible con otros componentes. Los nuevos hallazgos proporcionan la forma más simple y compacta de romper la reciprocidad electromagnética, sin necesidad de imanes voluminosos y pesados.

"Estas variaciones de 'solo tiempo' nos permiten diseñar plataformas de material simples y compactas capaces de transmisión de luz unidireccional e incluso amplificación, "Explica Xuchen.