Der Durchbruch der zeitlichen Supersymmetrie ebnet den Weg zu omnidirektionalen unsichtbaren Materialien

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Entwerfen von omnidirektionalen unsichtbaren Materialien

Ein Team des Nanophotonics Technology Center von UPV hat eine neue grundlegende Symmetrie in Bezug auf Elektromagnetismus, Akustik und Elastizitätsgesetze entdeckt: eine zeitliche Supersymmetrie. Bildnachweis: UPV

Ein Team des Nanophotonics Technology Center von UPV hat eine neue grundlegende Symmetrie in Bezug auf Elektromagnetismus, Akustik und Elastizitätsgesetze entdeckt: eine zeitliche Supersymmetrie.

Laut Carlos García Meca und Andrés Macho Ortiz, Forscher am NTC-UPV, ermöglicht diese neue Symmetrie die Erhaltung des linearen Moments zwischen dramatisch unterschiedlichen physikalischen Systemen. Dies ebnet den Weg für die Entwicklung wegweisender optischer, akustischer und elastischer Geräte, einschließlich unsichtbarer omnidirektionaler, polarisationsunabhängiger Materialien, ultrakompakter Frequenzschieber, Isolatoren und Pulsformtransformatoren.

„Mit diesen Geräten können wir ungewöhnlich unterschiedliche Eigenschaften von Lichtsignalen in photonischen Schaltkreisen modifizieren, um die Verbreitung von Informationen zu verarbeiten. Dies ist in Kommunikationssystemen von entscheidender Bedeutung. Darüber hinaus können wir die Funktionalität dieser Geräte jederzeit an die Anforderungen anpassen, da sie dynamisch konfigurierbar sind “, erklärte Carlos García Meca.

Für das Design dieser neuen Geräte liegt der Schlüssel in der Änderung des Brechungsindex, der in diesem Fall nicht räumlich, sondern zeitlich erzeugt wird. “Die Supersymmetrie-Technik zeigt uns, wie wir den Brechungsindex eines Objekts variieren können, um das Licht vollständig durchzulassen und unerwünschte Reflexionen zu vermeiden”, sagte Andrés Macho Ortiz.

Die Eigenschaft der Nichtreflexion ist besonders nützlich für den Entwurf neuer photonischer Schaltungen. „Durch die Implementierung können wir die Kommunikationsgeschwindigkeit im Inneren erhöhen und sie kompakter und konfigurierbarer machen, ohne dass das Signal, das Informationsbits transportiert, zurückgeworfen wird“, erklärten Carlos und Andrés.

Im Allgemeinen hängt die Reflexion von Materialien, deren Eigenschaften zeitlich variieren, nicht von der Richtung der Lichtausbreitung ab. “Das Fehlen von Reflexion in den vorgeschlagenen Materialien ist daher mit einer vollständigen Transparenz verbunden, die zum Konzept der omnidirektionalen Unsichtbarkeit führt: Unabhängig von der Richtung des Lichts, das auf diese Materialien trifft, ist ihre Anwesenheit nicht nachweisbar”, folgerten die Autoren.

Symmetrien

Die Entdeckung von Symmetrien in der Natur ist ein Eckpfeiler der Physik, der es uns ermöglicht, die Erhaltungsgesetze zu finden, die das Universum regeln. Zum Beispiel hat die Erhaltung der elektrischen Ladung, Energie und Masse (aufgrund von Symmetrien in den physikalischen Gesetzen für Elektromagnetismus, Thermodynamik und Chemie) es dem Menschen ermöglicht, diese Technologie (Schaltkreise, Kernkraftwerke, Medikamente…) zu entwickeln.

Ausnahmsweise wurde Supersymmetrie ursprünglich in der Quantenphysik als hypothetische Symmetrie zwischen Teilchen konzipiert, die alle Wechselwirkungen in der Natur erklären kann: Kernkräfte, Schwerkraft und Elektromagnetismus.

Referenz: „Supersymmetrie im Zeitbereich und ihre Anwendungen in der Optik“ von Carlos García-Meca, Andrés Macho Ortiz und Roberto Llorente Sáez, 10. Februar 2020, Naturkommunikation.
DOI: 10.1038 / s41467-020-14634-0

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