La mayoría de las tecnologías actuales dependen de dispositivos que transportan energía en forma de luz, radio u ondas mecánicas. Sin embargo, estos canales que guían las ondas son susceptibles a desordenes y daños, ya sea en la fabricación o después de que se despliegan en entornos hostiles.
Investigadores de la Universidad de Illinois en el Grainger College of Engineering de Urbana-Champaign han demostrado experimentalmente una nueva forma de transportar energía incluso a través de guías de ondas que son defectuosas, e incluso si el trastorno es un fenómeno transitorio en el tiempo. Este trabajo podría conducir aa dispositivos mucho más robustos que continúan funcionando a pesar del daño.
Gaurav Bahl, profesor asociado de ciencias mecánicas e ingeniería, y Taylor Hughes, profesor de física, publicaron sus hallazgos en Comunicaciones de la naturaleza . Este importante trabajo fue dirigido por el investigador postdoctoral Inbar Grinberg, también en ciencias mecánicas e ingeniería.
Su artículo, "Bombeo temporal robusto en un aislador topológico magneto-mecánico", detalla la demostración de una bomba topológica, un sistema que produce un transporte robusto a pedido de energía mecánica cuando se acciona periódicamente en el tiempo. Los investigadores construyeronla bomba topológica utilizando un material artificial magneto-mecánico unidimensional, compuesto de resortes, masas e imanes.
La inspiración para la bomba vino del trabajo del físico David Thouless, ganador del premio Nobel, de 1983, en el que propuso un esquema para lograr el transporte cuantificado de partículas individuales, por ejemplo, electrones, a través de un potencial periódico, por ejemplo, una cadena de átomos.El principio subyacente es realizar modulaciones graduales y periódicas a la estructura de la cadena en función del tiempo.Al finalizar cada período del ciclo de bombeo, una sola partícula debe ingresar a la cadena en un extremo, y simultáneamente una sola partícula debe salirel otro extremo de la cadena. Esto ocurre de manera confiable incluso si la cadena de átomos tiene una cantidad moderada de desorden.
Este tipo de sistema se denomina bomba porque su descripción técnica evoca la visión de un tornillo de Arquímedes, una bomba de agua de manivela con referencias históricas que datan del antiguo Egipto.
Los investigadores de Grainger tomaron la idea de Thouless y la implementaron en una bomba topológica mecánica. Una distinción notable es que su bomba transporta energía mecánica, no partículas o agua, a través de toda la cadena en un período del ciclo de bombeo. Además, la bombafunciona con éxito incluso si la cadena tiene una cantidad significativa de desorden en el espacio o el tiempo. Para completar la analogía con una bomba de tornillo de agua, los investigadores impulsaron su demostración con un cigüeñal giratorio.
"En última instancia, nos gustaría extender esta demostración para producir guías de ondas resistentes a la luz, el sonido y la electricidad", explicó Bahl. "El sueño es poner una señal en un extremo de un canal unidimensional,y hemos garantizado el transporte al otro extremo, de manera robusta siempre que el usuario lo desee. Creemos que las bombas topológicas son una excelente manera de hacerlo ".
Las líneas de fibra óptica y cobre forman la columna vertebral de todas nuestras tecnologías de comunicación. Actualmente, el daño moderado a lo largo de dichos canales de comunicación, por ejemplo, cualquier cosa que no sea una desconexión completa puede reducir la intensidad de la señal e incluso producir reflexiones indeseables, que afectan negativamente la cantidad de datosque estos canales pueden transportar
El equipo de investigación cree que el bombeo topológico podría ser una gran solución en estos escenarios.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Illinois Grainger College of Engineering . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :