Прорыв был сделан в лаборатории Андреа Алу, директора инициативы ASRC Photonics Initiative. Алу и его коллеги из Городского колледжа Нью-Йорка, Техасского университета в Остине и Тель-Авивского университета были вдохновлены плодотворной работой трех британских исследователей, получивших Нобелевскую премию по физике 2016 года за свою работу, в которой были выявлены эти особые свойства вещество (например, электропроводность) может сохраняться в определенных материалах, несмотря на постоянные изменения формы или формы вещества. Это понятие связано с топологией — разделом математики, изучающим свойства пространства, сохраняющиеся при непрерывных деформациях.
«В последние несколько лет возник большой интерес к переводу этой концепции топологии материи из материаловедения в область распространения света», — сказал Алу. «В этом проекте мы достигли двух целей: во-первых, мы показали, что можем использовать науку о топологии для обеспечения надежного распространения электромагнитных волн в электронике и компонентах схем. Во-вторых, мы показали, что внутренняя надежность, связанная с этими топологическими явлениями, может быть самой -индуцируется сигналом, распространяющимся в цепи, и что мы можем достичь этой устойчивости, используя подходящие нелинейности в массивах схем ».Для достижения своих целей команда использовала нелинейные резонаторы, чтобы построить ленточную диаграмму массива контуров. Массив был разработан таким образом, чтобы изменение интенсивности сигнала могло вызвать изменение топологии полосовой диаграммы.
Для низких интенсивностей сигнала электронная схема была разработана для поддержки тривиальной топологии и, следовательно, не обеспечивает защиты от дефектов. В этом случае, поскольку в массив были внесены дефекты, это отрицательно сказалось на передаче сигнала и функциональности схемы.
Однако, когда напряжение превышало определенный порог, топология полосовой диаграммы автоматически изменялась, и передаче сигнала не препятствовали произвольные дефекты, внесенные в массив схем. Это предоставило прямое свидетельство топологического перехода в схемах, который превратился в самоиндуцированную устойчивость к дефектам и беспорядку.
«Как только мы подали сигнал более высокого напряжения, система перенастроила себя, создав топологию, которая распространилась по всей цепочке резонаторов, позволяя сигналу передавать без каких-либо проблем», — сказал А. Ханикаев, профессор Городского колледжа Нью-Йорка. Йорк и соавтор исследования. «Поскольку система является нелинейной, она способна претерпеть необычный переход, который делает передачу сигнала устойчивой даже при наличии дефектов или повреждений схем».
«Эти идеи открывают захватывающие возможности для изначально прочной электроники и показывают, как сложные математические концепции, такие как топология, могут иметь реальное влияние на обычные электронные устройства», — сказал Якир Хадад, ведущий автор и бывший постдок группы Алу. в настоящее время профессор Тель-Авивского университета, Израиль. «Подобные идеи могут быть применены к нелинейно-оптическим схемам и распространены на двух- и трехмерные нелинейные метаматериалы».