Les gens sont de plus en plus dépendants de leurs téléphones portables, tablettes et autres appareils portables qui les aident à naviguer dans la vie quotidienne. Mais ces gadgets sont sujets à l'échec, souvent causées par de petits défauts dans leur électronique complexe, qui peut résulter d'une utilisation régulière. Maintenant, un papier d'aujourd'hui Nature Électronique détaille une innovation des chercheurs de l'Advanced Science Research Center (ASRC) du Graduate Center de l'Université de la ville de New York qui offre une protection robuste contre les dommages aux circuits qui affectent la transmission du signal.

La percée a été faite dans le laboratoire d'Andrea Alù, directeur de l'Initiative photonique de l'ASRC. Alù et ses collègues du City College de New York, L'Université du Texas à Austin et l'Université de Tel Aviv ont été inspirées par les travaux fondateurs de trois chercheurs britanniques qui ont remporté le prix Noble de physique 2016 pour leurs travaux, qui a révélé que des propriétés particulières de la matière (telles que la conductivité électrique) peuvent être préservées dans certains matériaux malgré des changements continus dans la forme ou la forme de la matière. Ce concept est associé à la topologie, une branche des mathématiques qui étudie les propriétés de l'espace qui sont préservées sous des déformations continues.

« Au cours des dernières années, il y a eu un vif intérêt pour la traduction de ce concept de topologie de la matière de la science des matériaux à la propagation de la lumière, " a déclaré Alù. " Nous avons atteint deux objectifs avec ce projet :nous avons montré que nous pouvons utiliser la science de la topologie pour faciliter la propagation robuste des ondes électromagnétiques dans les composants électroniques et les circuits. Seconde, nous avons montré que la robustesse inhérente associée à ces phénomènes topologiques peut être auto-induite par le signal circulant dans le circuit, et que nous pouvons atteindre cette robustesse en utilisant des non-linéarités convenablement adaptées dans les réseaux de circuits."

Pour atteindre leurs objectifs, l'équipe a utilisé des résonateurs non linéaires pour mouler un diagramme de bande du réseau de circuits. Le réseau a été conçu pour qu'un changement d'intensité du signal puisse induire un changement dans la topologie du diagramme de bande. Pour les faibles intensités de signal, le circuit électronique a été conçu pour supporter une topologie triviale, et n'offrent donc aucune protection contre les défauts. Dans ce cas, au fur et à mesure que des défauts ont été introduits dans le réseau, la transmission du signal et la fonctionnalité du circuit ont été affectées négativement.

Lorsque la tension a été augmentée au-delà d'un seuil spécifique, cependant, la topologie du diagramme de bande a été automatiquement modifiée, et la transmission du signal n'était pas entravée par des défauts arbitraires introduits dans le réseau de circuits. Cela a fourni une preuve directe d'une transition topologique dans le circuit qui s'est traduite par une robustesse auto-induite contre les défauts et le désordre.

"Dès que nous avons appliqué le signal de tension plus élevée, le système s'est reconfiguré, induisant une topologie qui s'est propagée sur toute la chaîne de résonateurs permettant au signal de transmettre sans problème, " a déclaré A. Khanikaev, professeur au City College de New York et co-auteur de l'étude. "Parce que le système n'est pas linéaire, il est capable de subir une transition inhabituelle qui rend la transmission du signal robuste même en cas de défauts ou d'endommagement des circuits."

"Ces idées ouvrent des opportunités passionnantes pour une électronique intrinsèquement robuste et montrent comment les concepts complexes en mathématiques, comme celui de la topologie, peut avoir un impact réel sur les appareils électroniques courants, " dit Yakir Hadad, auteur principal et ancien post-doctorant dans le groupe d'Alù, actuellement professeur à l'Université de Tel-Aviv, Israël. "Des idées similaires peuvent être appliquées aux circuits optiques non linéaires et étendues aux métamatériaux non linéaires à deux et trois dimensions."