une, L'illustration conceptuelle de la manipulation de la transmission des ondes électromagnétiques via la métasurface spatio-temporelle. b, Les états de phase d'entrée du méta-atome avec N=4. c, Diagramme de Cayley du groupe de produits Z_N×Z_q (Z_4×Z_3) qui génère N×q (4×3) états de phase de sortie. ré, Les états spectraux de sortie générés de chaque méta-atome e, Le schéma du contrôle indépendant des réponses spectrales du méta-atome à deux harmoniques, dans laquelle chaque ligne relie les réponses spectrales du méta-atome générées par la même séquence temporelle. Crédit :Haotian Wu, Xin Xin Gao, Lei Zhang, Guo Dong Bai, Qiang Cheng, Lianlin Li, et Tie Jun Cui
Les métasurfaces spatiotemporelles sont analysées du point de vue de l'information, dans lequel deux mécanismes de transition d'information sur l'extension de groupe et le contrôle indépendant des harmoniques multiples sont révélés et caractérisés. Les efficacités de transition de l'information de ces mécanismes sont également analysées, qui pourrait être utilisé pour prédire la capacité des canaux des métasurfaces spatio-temporelles pour les communications sans fil. Le cadre présenté et les résultats obtenus seraient utiles pour jeter les bases de métasurfaces spatio-temporelles basées sur l'information.
Métasurfaces spatiotemporelles, piloté par des modulations dynamiques ultrarapides, ont ouvert de nouvelles possibilités pour manipuler les modes harmoniques des ondes électromagnétiques et des générations de phénomènes physiques exotiques, telles que l'annulation de la dispersion, rupture de réciprocité de Lorentz, et illusions Doppler. Dans les années récentes, le développement rapide des technologies de l'information a stimulé de nombreuses applications de traitement de l'information pour les métasurfaces, y compris l'imagerie informatique, communications sans fil, et effectuer des opérations mathématiques.
Avec l'augmentation des recherches axées sur le thème du traitement de l'information avec des métasurfaces, une théorie générale est requise de toute urgence pour caractériser les capacités de traitement de l'information des métasurfaces spatio-temporelles. Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et applications , Le groupe du professeur Tie Jun Cui à l'Université du Sud-Est (SEU) a fait état d'une percée sur ce sujet. Dans ce travail, les mécanismes de transition informationnelle des métasurfaces spatiotemporelles sont proposés et analysés, dans lequel l'extension de groupe et le contrôle indépendant des harmoniques multiples sont révélés et caractérisés comme deux mécanismes majeurs de transition d'information des métasurfaces spatio-temporelles.
Spécifiquement, le mécanisme d'extension de groupe pourrait être adopté pour étendre les états de phase de sortie de chaque méta-atome d'un facteur q, où q est une fonction sur la périodicité de modulation, états de phase d'entrée, et l'indice harmonique. Par conséquent, les états de réponse spectrale de sortie de la métasurface spatio-temporelle sont considérablement étendus, de telle sorte que des manipulations plus précises des informations électromagnétiques puissent être obtenues sans augmenter la complexité de conception des métasurfaces.
En outre, les chercheurs ont démontré que le contrôle indépendant des réponses spectrales de la métasurface spatio-temporelle pouvait également être réalisé. Le contrôle indépendant des harmoniques multiples pourrait ouvrir de nouvelles possibilités pour le multitâche basé sur les métasurfaces, par lequel les informations électromagnétiques pourraient être traitées indépendamment avec des canaux à intervalle de fréquence. Une expérience de preuve de concept est réalisée en régime hyperfréquence pour vérifier les mécanismes d'extension de groupe et de contrôle indépendant des harmoniques multiples avec la métasurface spatio-temporelle.
En incorporant le modèle proposé à la théorie de l'entropie de Shannon, les auteurs ont en outre découvert les efficacités de transition d'information des métasurfaces spatio-temporelles par rapport aux deux mécanismes ci-dessus. Les résultats obtenus pourraient être appliqués pour prédire la capacité du canal de la métasurface spatio-temporelle, ce qui serait utile pour guider l'analyse et la conception de métasurfaces spatio-temporelles pour les communications sans fil. De plus, ils ont démontré que les réponses spectrales de sortie de la métasurface spatio-temporelle peuvent aider à prouver le petit théorème de Fermat, ce qui à son tour pourrait fournir plus d'indices pour comprendre les réponses spectrales non disparues des métasurfaces spatio-temporelles.
"La théorie proposée établit un cadre quantitatif pour caractériser les capacités de transition d'information des métasurfaces spatio-temporelles, qui fournit des informations physiques plus approfondies dans la compréhension des métasurfaces spatio-temporelles du point de vue de l'information, et propose de nouvelles approches pour faciliter l'analyse et la conception. Le cadre présenté et les résultats obtenus, avec une large applicabilité spectrale, serait utile pour jeter les bases de futures recherches sur le régime des métasurfaces spatio-temporelles basées sur l'information, et devrait permettre de nouvelles applications orientées vers l'information, y compris l'ingénierie cognitive du front d'onde harmonique, imagerie informatique intelligente, et les communications sans fil de 6e génération (6G), " concluent les scientifiques.
