Forskare från Lan Yangs labb, Edwin H. &Florence G. Skinner-professorn och Xuan "Silvia" Zhang, docent, vid McKelvey School of Engineering vid Washington University i St. Louis, har utvecklat den första helt integrerade pariteten -tidssymmetriskt elektroniskt system.

Och den kan tillverkas utan användning av exotiska material, bara kräver samma standard mikroelektroniska tillverkningsteknik som används idag för vanliga integrerade kretsar.

Forskningen publicerades den 17 mars i tidskriften Nature Nanotechnology .

PT-symmetriska system gör att energiflödet kan manipuleras på överraskande nya sätt. För närvarande kan de arbeta inom ett begränsat område – antingen på den extremt lågfrekventa akustiska domänen eller den extremt högfrekventa optiska domänen.

Denna nya teknik implementerade ett koncept med anmärkningsvärda matematiska egenskaper som härrörde från kvantfysiken i en integrerad krets. Det öppnar upp en ny del av spektrumet för forskning inom giga- till terahertz-området.

"Vårt arbete öppnar denna mittdel (av spektrumet) som täcker viktiga mikrovågs- ​​och millimetervågsapplikationer; vi fyller tomrummet," sa Zhang.

"Ingen i världen kan bygga PT-symmetriska system som täcker detta frekvensområde."

Nyckeln till dessa system är förmågan att exakt balansera energiförlusten hos en resonator med förstärkningen hos en annan, kopplad resonator. Denna speciella jämviktspunkt är PT-symmetri, och den möjliggör nya och kraftfulla sätt att manövrera flödet och lokaliseringen av energi.

En bild som reflekteras i en spegel har paritetstransformation - i reflektionen är en högerhand omvänd och blir en vänsterhand, och vice versa. En video som spelas upp bakåt är ett exempel på tidsreversering – händelserna i videon går bakåt i tiden.

Om båda transformationerna görs samtidigt och "avbryter varandra" – systemet ser likadant ut som det gjorde före transformationerna – så sägs det systemet ha PT-symmetri.

Ett sådant koncept har använts i kopplade fotoniska resonatorsystem för att utveckla nya strategier för att kontrollera ljusflödet, såsom icke-reciprok ljustransmission.

Att kunna manipulera ytterligare en sträng av det elektromagnetiska spektrumet öppnar möjligheten för nya upptäckter och teknologier, säger Weidong Cao, en postdoktorand forskningsassistent i Zhangs labb.

I praktiken är dessa typer av system viktiga komponenter för radar, trådlös kommunikation och kraftöverföringssystem. Just nu kräver de relevanta delarna stora, magnetiska kärnor. "Men nu kan vi krympa dem till ett integrerat kretschip som är lika stort som en fingernagel", sa Zhang.

Tack vare en ny tillverkningsteknik är systemet skalbart, vilket gör det lättare att dra nytta av ny funktionalitet i befintlig teknik.

"Tillverkning av integrerade kretsar och vår kretsdesign gör att du kan bygga specifikt för olika områden av det elektromagnetiska spektrumet," sa Cao.

"Våra resultat visar att införandet av PT-symmetri i integrerad kretsteknik kan gynna ett brett utbud av chipbaserade applikationer som frekvensmodulering och manipulering av mikrovågsutbredning."

Yang sa att hon är imponerad av fysikens potentiella förmåga att så brett och omedelbart påverka tekniken.

"Det är spännande att demonstrera den överlägsna prestandan och funktionen som möjliggörs av en ny design styrd av grundläggande vetenskap på en plattform som har antagits allmänt inom industrin," sa hon. + Utforska vidare

On-chip frekvensskiftare i gigahertz-området skulle kunna användas i nästa generations kvantdatorer och nätverk