Une métasurface non réciproque basée sur des méta-atomes magnétiques.

12 avril 2023 fonctionnalité

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par Ingrid Fadelli , Tech Xplore

Les métasurfaces, qui sont des versions bidimensionnelles ou planes de matériaux métamédia, présentent des propriétés qui ne sont généralement pas présentes dans les matériaux naturels. Étant donné qu'elles sont plates, ces surfaces peuvent généralement être produites à l'aide de processus de fabrication largement connus et peuvent contribuer à contrôler la propagation des ondes électromagnétiques dans divers dispositifs.

La plupart des métasurfaces suivent les règles énoncées par le théorème de la réciprocité de Lorentz, ce qui signifie essentiellement qu'elles présentent des caractéristiques qui sont symétriquement alignées par rapport à la direction de la propagation des ondes électromagnétiques. Les métasurfaces non réciproques constituent une classe émergente de métasurfaces qui ne respectent pas le théorème de la réciprocité de Lorentz.

Contrairement aux métasurfaces conventionnelles, les métasurfaces non réciproques pourraient coder des fonctions optiques sur les ondes qui se propagent à la fois vers l'avant et vers l'arrière. Cette caractéristique clé pourrait les rendre particulièrement prometteuses pour le développement de plusieurs technologies, notamment les antennes non réciproques ou des structures de protection appelées radômes, qui sont conçues pour préserver le fonctionnement des antennes radar ou des systèmes de communication sans fil.

Des chercheurs de l'Université des sciences électroniques et de la technologie de Chine et du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont récemment développé une nouvelle métasurface magnétique et non réciproque qui pourrait être utilisée pour créer de nouveaux dispositifs dotés de diverses fonctionnalités non réciproques. Cette métasurface, présentée dans Nature Electronics, a été créée à l'aide d'une série de méta-atomes magnétiques auto-polarisés fabriqués à partir de baryum hexaferrite dopé au lanthane (BaFe12O19).

« Nous présentons une métasurface non réciproque auto-polarisée basée sur des méta-atomes magnétiques fabriqués à partir de BaFe12O19 dopé au lanthane », écrivent Weihao Yang, Jun Qin et leurs collègues dans leur article. "La métasurface offre une transmittance allant jusqu'à 77 % et un angle de fonctionnement de ±64°."

Essentiellement, chaque méta-atome contenu dans la métasurface non réciproque de l'équipe peut être individuellement aimanté dans différentes directions. En exploitant cette caractéristique clé de leur conception, les chercheurs ont pu concevoir leurs métasurfaces pour obtenir des profils de gradient de phase bidirectionnelle et non réciproques.

Lors des expériences initiales, ils ont ensuite montré que les métasurfaces résultantes peuvent permettre une large gamme de fonctionnalités qui pourraient être avantageuses pour la création de différents dispositifs et composants électroniques. Par exemple, elles pourraient être utilisées pour obtenir une isolation des ondes électromagnétiques, une circulation et une transmission full-duplex non réciproques.

« Nous montrons qu'elles peuvent être utilisées pour la modulation de phase bidirectionnelle à la demande, ce qui permet des fonctionnalités non réciproques telles que l'isolation micro-ondes, la direction de faisceau non réciproque, la focalisation non réciproque et l'holographie non réciproque », écrivent Yang, Qin et leurs collègues dans leur article. 'Cette approche pourrait également être potentiellement étendue aux fréquences de mégahertz et optiques en utilisant différents matériaux magnétiques auto-polarisés.'

À l'avenir, les nouvelles métasurfaces non réciproques créées par Yang, Qin et leurs collègues pourraient être utilisées pour développer de nouvelles électroniques prometteuses, notamment des antennes et des radômes non réciproques. De plus, la conception innovante qu'ils ont créée pourrait inspirer d'autres équipes à créer d'autres métasurfaces similaires basées sur des méta-atomes magnétiques auto-polarisés.

Dans leurs prochaines études, les chercheurs pourraient étendre la fréquence de fonctionnement de leurs métasurfaces en utilisant différents méta-atomes auto polarisés, couvrant potentiellement les fréquences d'ondes de mégahertz à optiques. De plus, ils prévoient d'améliorer encore les performances globales des dispositifs basés sur leurs métasurfaces, par exemple en réduisant l'efficacité, les pertes d'insertion et de réflexion associées à leur conception actuelle.

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