Des chercheurs de l'Advanced Science Research Center du CUNY Graduate Center (CUNY ASRC) et du Florida International University Report dans la revue Science Leurs idées sur le champ émergent des excitations de fréquence complexes, un schéma récemment introduit pour contrôler les phénomènes de lumière, son et autres vagues au-delà des limites conventionnelles.
Sur la base de cette approche, ils décrivent des opportunités qui font progresser la compréhension fondamentale des interactions de matière d'onde et inauguraient les technologies basées sur les vagues dans une nouvelle ère.
Dans les systèmes conventionnels à base d'ondes légers et aux ondes sonores tels que les technologies de téléphone portable sans fil, les microscopes, les haut-parleurs et les écouteurs, le contrôle des phénomènes des vagues est limité par les contraintes, qui découlent des propriétés fondamentales des matériaux utilisés dans ces technologies.
Surmonter ces contraintes nécessite généralement l'utilisation de matériaux exotiques, l'ajout d'énergie au système et / ou la rendant les appareils plus complexes et lourds. Les excitations de fréquence complexes offrent une approche alternative pour améliorer le contrôle des vagues à l'aide de matériaux conventionnels.
En adaptant la forme d'excitation, plutôt que les matériaux eux-mêmes, pour osciller à des fréquences à valeur complexe, il est possible d'imiter la présence de gain et de perte dans le système, de déverrouiller des effets exotiques tels que l'absorption parfaite, l'imagerie super-résolution, la dépassement des limitations de passivité dans les interactions à motif d'onde, et les réponses non sablantes et non sablées, sans avoir de complexes actifs qui nécessitent une énergie et sont des internautes.
« Cette approche fournit une stratégie fondamentalement nouvelle pour le contrôle des vagues », a déclaré le chercheur principal de l'étude, Andrea Alù, professeur distingué et professeur d'Einstein de physique au City University of New York Graduate Center et directeur fondateur de la CUNY ASRC Photonics Initiative.
« Nous ne sommes plus limités par la plate-forme matérielle pour améliorer les performances de l'appareil. Nous pouvons maintenant façonner la façon dont les systèmes basés sur les vagues réagissent simplement en concevant les bons types d'excitations. »
Une nouvelle frontière en physique des vagues
Le travail de l'équipe de recherche explique comment les excitations du signal avec des amplitudes qui se développent ou se décomposent de façon exponentielle au fil du temps peuvent s'engager, dans des conditions appropriées, les résonances naturelles et les anti-résonances d'un système donné, imitant les effets de l'ajout de distributions précises du gain et / / ou de la perte de matériaux.
Les applications vont du contrôle dynamique de la lumière, de l'absorption et de l'amplification des signaux, du transport d'ondes directionnel et du contrôle amélioré de l'état quantique.
Le groupe d'Alù a lancé certaines des explorations initiales dans ce domaine de recherche, démontrant un stockage d'énergie contrôlable et amélioré, une imagerie de super-résolution, un transfert de puissance sans fil amélioré et une manipulation des vagues au-delà des limites de passivité.
Parmi les transitions possibles, le contrôle amélioré des vagues pourrait entraîner une imagerie médicale à plus haute résolution, des systèmes de communication sans fil plus efficaces et un contrôle amélioré sur les états quantiques basés sur des ondes pour les applications, notamment la détection quantique et l'informatique.
« Bien que les premières démonstrations d'excitations complexes de fréquence se soient limitées aux fréquences radio et acoustiques, la mise à l'échelle de cette technique à des fréquences plus élevées, telles que les systèmes optiques, reste un défi », a déclaré le premier auteur de l'étude Seunghwi Kim, chercheur postdoctoral chez ASRC.
« Notre travail jette les bases de percées futures en fournissant une feuille de route aux chercheurs dans divers domaines de la physique des vagues pour explorer le potentiel inexploité des excitations de fréquence complexes. »
L'étude a été menée par des chercheurs de la CUNY ASRC Photonics Initiative et du Département de génie électrique et informatique de la Florida International University.
