Una metasuperficie no recíproca basada en meta-átomos magnéticos.

12 de abril de 2023 característica

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por Ingrid Fadelli, Tech Xplore

Las metasuperficies, versiones bidimensionales o planas de los metamateriales, presentan propiedades que normalmente no se encuentran en los materiales naturales. Como son planas, estos materiales pueden producirse mediante procesos de fabricación ampliamente conocidos y pueden ayudar a controlar la propagación de ondas electromagnéticas en varios dispositivos.

La mayoría de las metasuperficies siguen las reglas establecidas por el llamado teorema de reciprocidad de Lorentz, lo que básicamente significa que presentan características simétricamente alineadas con la dirección de propagación de la onda electromagnética. Las metasuperficies no recíprocas son una clase emergente de metasuperficies que no obedecen el teorema de reciprocidad de Lorentz.

En contraste con las metasuperficies convencionales, las metasuperficies no recíprocas podrían codificar funciones ópticas en ondas que se propagan hacia adelante y hacia atrás. Esta característica clave podría hacerlas particularmente prometedoras para el desarrollo de varias tecnologías, incluyendo antenas no recíprocas o estructuras de protección conocidas como radomas, diseñadas para preservar el funcionamiento de antenas de radar o sistemas de comunicación inalámbrica.

Investigadores de la Universidad de Electrónica y Tecnología de la China y el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) desarrollaron recientemente una nueva metasuperficie no recíproca y magnética que podría ser utilizada para crear nuevos dispositivos con varias funcionalidades no recíprocas. Esta metasuperficie, presentada en Nature Electronics, fue creada utilizando una serie de meta-átomos magnéticos auto-polarizados hechos de hexaferrita de bario dopada con lantano (La-BaFe12O19).

'Informamos una metasuperficie no recíproca auto-polarizada basada en meta-átomos magnéticos hechos de La-BaFe12O19 dopado', escribieron Weihao Yang, Jun Qin y sus colegas en su artículo. 'La metasuperficie ofrece una transmisión de hasta el 77% y un ángulo de operación de ±64°'.

Esencialmente, cada uno de los meta-átomos contenidos en la metasuperficie no recíproca del equipo puede ser magnetizado individualmente en diferentes direcciones. Al aprovechar esta característica clave de su diseño, los investigadores pudieron diseñar sus metasuperficies para obtener perfiles de gradientes de fase no recíprocos bidireccionales.

En experimentos iniciales, mostraron que las metasuperficies resultantes pueden permitir una amplia gama de funcionalidades que podrían ser ventajosas para la creación de diferentes dispositivos y componentes electrónicos. Por ejemplo, podrían utilizarse para lograr el aislamiento de las ondas electromagnéticas, la circulación y la transmisión dúplex completa.

'Mostramos que pueden ser utilizados para la modulación de fase bidireccional a pedido, lo que proporciona funcionalidades no recíprocas que incluyen el aislamiento de microondas, el direccionamiento no recíproco y la holografía no recíproca', escribieron Yang, Qin y sus colegas en su artículo. 'El enfoque también podría ser potencialmente ampliado a frecuencias de megahertz y ópticas mediante el uso de diferentes materiales magnéticos auto-polarizados'.

En el futuro, las nuevas metasuperficies no recíprocas creadas por Yang, Qin y sus colegas podrían ser utilizadas para desarrollar nuevas electrónicas prometedoras, incluyendo antenas no recíprocas y radomas. Además, el diseño innovador que crearon podría inspirar a otros equipos a crear otras metasuperficies similares basadas en meta-átomos magnéticos auto-polarizados.

En sus próximos estudios, los investigadores podrían extender la frecuencia de operación de sus metasuperficies utilizando diferentes meta-átomos auto-polarizados, potencialmente cubriendo frecuencias de onda de megahertz a ópticas. Además, planean mejorar aún más el desempeño general de los dispositivos basados en sus metasuperficies, por ejemplo, mediante la reducción de pérdidas de eficiencia, inserción y reflexión asociadas con su diseño actual.

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