Controle de velocidade de luz não recíproca alcançado usando o dispositivo Magnonics de cavidade

A manipulação confiável da velocidade na qual a luz viaja através de objetos pode ter implicações valiosas para o desenvolvimento de várias tecnologias avançadas, incluindo sistemas de comunicação de alta velocidade e dispositivos de processamento de informações quânticas. Métodos convencionais para manipular a velocidade da luz, como técnicas que alavancam os chamados efeitos de transparência induzida eletromagneticamente (EIT), trabalham utilizando efeitos de interferência quântica em um meio, o que pode torná-lo transparente a feixes de luz e diminuir a velocidade da luz através dele.

Apesar de suas vantagens, essas técnicas permitem apenas o controle recíproco da velocidade do grupo (ou seja, a velocidade com que o envelope de um pacote de onda viaja por um meio), o que significa que um feixe de luz Comparará o mesmo, independentemente da direção em que está viajando ao passar por um dispositivo. No entanto, o controle não recíproco da velocidade da luz pode ser igualmente valioso, principalmente para o desenvolvimento de dispositivos avançados que podem se beneficiar de permitir que os sinais viajassem nas direções desejadas na velocidade desejada.

Pesquisadores da Universidade de Manitoba, no Canadá, e Universidade de Lanzhou, na China, demonstraram recentemente o controle não recíproco da velocidade da luz usando um dispositivo Magnonics de cavidade, um sistema que casais Fótons de microondas (isto é, quanta de luz de microondas) com magons (ou seja, quanta das oscilações de gira em materiais).

Os métodos baseados na magnônica que eles empregaram, descritos em um papel publicado em Cartas de revisão físicapoderia contribuir para o avanço das comunicações de sinal de microondas, computação neuromórfica e circuitos quânticos.

“Em 2019, meu grupo demonstrou um novo método Para produzir acoplamento dissipativo em sistemas magnônicos de cavidade híbrida, “Can-Ming Hu, chefe do Grupo Dinâmico de Sintronics da Universidade de Manitoba, disse ao Phys.org.

“Nossa técnica, apresentada em um artigo publicado em Cartas de revisão físicaPermite a transmissão de sinal não recíproca com uma taxa de isolamento substancial e controlabilidade flexível “.

Como parte de seu trabalho anterior, Hu e seus colegas tentaram especificamente manipular a amplitude da luz (ou seja, a força máxima do campo elétrico ou magnético de uma onda de luz) viajando apenas em uma direção. No entanto, a luz também possui outra característica elementary, conhecida como fase, que é essencialmente como ‘longe’ uma onda de luz é relativa a um native de referência específico.

“A manipulação da fase também tem implicações amplas, pois determina a velocidade dos pulsos que transportam informações em vários sistemas”, disse Hu. “O objetivo principal deste novo estudo foi abordar a seguinte pergunta: a natureza nos permitiria manipular a fase da luz não recíclalmente, mantendo a amplitude de transmissão bidirecionalmente comparável.

“Existe um princípio elementary conhecido como relações Kramers-Kronig que parece proibi-lo, mas, surpreendentemente, nosso experimento mostra que a natureza é extraordinariamente generosa para nós aqui”.

Um objetivo importante de tentativas destinadas a desacelerar o velocidade da luz é alterar significativamente a velocidade dos pulsos de luz sem comprometer sua eficiência de transmissão. Isso geralmente é alcançado por efeitos de interferência em sistemas ressonantes hibridizados, conhecidos como análogo clássico dos efeitos de EIT em regimes quânticos.

“Em nosso trabalho, construímos um sistema tão hibridizado usando o modo de fóton de um ressonador dielétrico e o modo Magnon de uma esfera magnética de granada de ferro yttrium (YIG)”, explicou Jiguang Yao, Ph.D. sênior. estudante e primeiro autor do artigo.

“Além dos ressonadores convencionais, os materiais magnéticos possuem quiralidade intrínseca – seus precentes de rotação em uma direção fixa determinados pelo aplicado campo magnético. Essa quiralidade pode ser aproveitada para induzir a não -reciprocidade, ativada por um acoplamento dissipativo adicional introduzido através de uma microftrip comum. Como resultado, alcançamos um sistema de propagação de luz não recíproca e controlável “.

Para demonstrar o potencial de sua abordagem proposta, os pesquisadores enviaram um pulso de microondas para o sistema de magnonics de cavidade acoplado que desenvolveram a partir de duas direções. Quando compararam a velocidade desse pulso com um caminho de referência, descobriram que seu método permitia um atraso impressionante e efeitos avançados,- não recíprocos.

“Os pulsos de luz e microondas servem como portadores de informação em vários campos, variando de comunicações de sinal a computação neuromórfica e processamento de sinais quânticos”, disse Jerry Lu, Ph.D. júnior. aluno e co-autor do artigo.

“Os esforços anteriores no controle não recíproco de ondas eletromagnéticas concentraram -se principalmente na manipulação da amplitude direcional – permitindo a transmissão em apenas uma direção. Esse conceito sustenta os componentes essenciais em sistemas de comunicação, como isoladores e circuladores.

O novo método promissor da equipe para o controle não recíproco da velocidade da luz poderá em breve permitir o desenvolvimento de várias tecnologias de ponta e anteriormente inimagináveis. Enquanto isso, Hu e seu grupo de pesquisa estão trabalhando para melhorar ainda mais sua metodologia, com a esperança de melhorar o atraso e os efeitos avançados que produz.

“Embora o efeito demonstrado em nosso trabalho seja emocionante, o atraso/avanço alcançado até agora permanece relativamente modesto”, acrescentou Hu.

“Aumentar esse efeito é essencial para permitir aplicações práticas. Como uma primeira etapa, planejamos introduzir algumas novas técnicas ao nosso dispositivo para aprimorar o efeito. A longo prazo, pretendemos explorar uma ampla gama de cenários de aplicação”.

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