Enheter som gör det möjligt att dirigera mikrovågssignaler är viktiga tekniska verktyg. Särskilt, isolatorer, som låter signaler flöda i en riktning men blockerar dem i den andra, behövs för att skydda känslig utrustning från skada. Nu, forskare vid EPFL och University of Cambridge har visat en ny princip för att utveckla sådana verktyg genom att utnyttja rörelsen i mikroskopiska trummor. Studien publiceras i Naturkommunikation .

Arbetet utfördes av Tobias Kippenbergs lab på EPFL, med teoretiskt stöd från gruppen Andreas Nunnenkamp från University of Cambridge. Alla prover tillverkades i Center of MicroNanoTechnology (CMi) vid EPFL. Den demonstrerade enheten består av två resonanta supraledande mikrovågskretsar som är länkade genom en delad kondensator. Det övre metalliska membranet i denna kondensator flyter fritt och stöder mekaniska svängningar, fungerar som en mikrotrumma, endast 30 mikron i diameter.

Vibrationerna modifierar mikrovågskretsarnas resonansfrekvenser och modulerar signalerna. Omvänt, det elektriska fältet av signaler utövar en kraft som förändrar trummans rörelse. Denna dubbelriktade interaktion möjliggör omvandling av signaler från en mikrovågskrets till den andra; den inkommande signalen omvandlas först till en vibrerande rörelse, och sedan omvandlas själva rörelsen till en andra signal som kommer från den andra kretsen.

I experimentet, två olika oscillationslägen för mikrotrummrörelsen används. Dessa representerar två vägar för mikrovågssignalerna som ska konverteras från en krets till den andra, resulterar i störningar, som, förvånande, är inte symmetrisk i någon av riktningarna för signalomvandling.

Systemet kan ställas in på ett sådant sätt att positiv störning sker i en riktning, medan destruktiv störning sker i den andra. Detta inser en mikrovågsisolator som låter signaler sprida sig endast i en vald riktning, och parametrarna kan ändras i farten, tillåter dynamiskt omkonfigurerbar användning av isolatorn, omedelbart ändra riktning.

Medan kommersiella mikrovågsisolatorer är vanliga, de förlitar sig vanligtvis på magnetiska ferritmaterial och starka magnetfält. Detta gör dem opraktiska att använda med supraledande qubits, som blir de ledande kandidaterna att använda som byggstenar för en kvantdator. Men livstiden för qubits bräckliga kvanttillstånd störs lätt av magnetfält, vilket innebär att ferritisolatorerna måste vara kraftigt skärmade för att förhindra läckage av magnetfält som kan begränsa deras användning. Av denna anledning, Det har nyligen funnits omfattande forskningsaktiviteter för att utveckla alternativ teknik. Den optomekaniska isolatorn som skapades vid EPFL ansluter sig till andra prototyper - till exempel de som använder Josephson -korsningar - som kan bilda en ny plattform för att bygga sådana enheter i framtiden.