Une équipe de recherche internationale dirigée par l'Université Aalto a trouvé une nouvelle voie simple pour briser la loi de réciprocité dans le monde électromagnétique, en changeant périodiquement la propriété d'un matériau. La percée pourrait aider à créer des dispositifs non réciproques efficaces, tels que les isolateurs compacts et les circulateurs, qui sont nécessaires pour la prochaine génération de systèmes de communication à micro-ondes et optiques.

Quand nous regardons par une fenêtre et voyons notre voisin dans la rue, le voisin peut aussi nous voir. C'est ce qu'on appelle la réciprocité, et c'est le phénomène physique le plus courant dans la nature. Les signaux électromagnétiques se propageant entre deux sources sont toujours régis par la loi de réciprocité :si le signal de la source A peut être reçu par la source B, alors le signal de la source B peut également être reçu par la source A avec une efficacité égale.

Chercheurs de l'Université d'Aalto, Université de Stanford, et l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) ont démontré avec succès que la loi de réciprocité peut être enfreinte si la propriété du milieu de propagation change périodiquement dans le temps. Le milieu de propagation fait référence à un matériau dans lequel la lumière et les ondes électromagnétiques survivent et se propagent d'un point à un autre.

L'équipe a théoriquement démontré que, si le milieu est conformé en une structure asymétrique et que sa propriété physique varie globalement dans le temps, le signal généré par la source A peut être reçu par la source B mais pas l'inverse. Cela crée un fort effet non réciproque, puisque le signal de la source B ne peut pas être reçu par la source A.

« Il s'agit d'une étape importante dans les communautés de la physique et de l'ingénierie. Nous avons besoin d'une transmission de lumière unidirectionnelle pour une variété d'applications, comme la stabilisation du fonctionnement du laser ou la conception de futurs systèmes de communication, tels que les systèmes full-duplex avec une capacité de canal accrue, ", explique le chercheur postdoctoral Xuchen Wang de l'Université d'Aalto.

Précédemment, la création d'un effet non réciproque a nécessité une polarisation des aimants externes, ce qui rend les appareils encombrants, température instable, et parfois incompatibles avec d'autres composants. Les nouvelles découvertes offrent le moyen le plus simple et le plus compact de briser la réciprocité électromagnétique, sans avoir besoin d'aimants encombrants et lourds.

« De telles variations « uniquement dans le temps » nous permettent de concevoir des plates-formes matérielles simples et compactes capables de transmettre la lumière à sens unique et même d'amplifier, " explique Xuchen.