L'avenç en el disseny dels circuits fa que l'electrònica sigui més resistent als danys i defectes

La gent és cada vegada més dependent del telèfon mòbil, tauleta i d'altres dispositius portàtils que els ajuden a navegar en la vida quotidiana. Però aquests artefactes són propensos a la fallada, sovint causats per petits defectes en la seva complexa electrònica, que poden derivar d'un ús regular.
La publicació Nature Electronics detalla una innovació dels investigadors del Centre de Recerca en Ciències Avançades (ASRC) del Centre de Postgrau de The City University of New York que proporciona una protecció sòlida contra el dany de les xarxes que afecten la transmissió del senyal.

El descobriment es va fer al laboratori d'Andrea Alù, director de la Iniciativa Fotònica de l'ASRC. Alù i els seus col·legues del The City College de Nova York, la Universitat de Texas, a Austin i la Universitat de Tel Aviv, es van inspirar en el treball de tres investigadors britànics que van guanyar el Premi Noble de Física 2016, van provar que propietats particulars de la matèria (com la conductivitat elèctrica) es pot conservar en certs materials malgrat els canvis continus en la forma o forma de la matèria. Aquest concepte s'associa a la topologia: una branca de la matemàtica que estudia les propietats de l'espai que es conserven sota deformacions contínues.
En els últims anys, hi ha hagut un gran interès a traduir aquest concepte de topologia de la matèria des de la ciència material, s'ha aconseguit dos objectius amb aquest projecte: En primer lloc, es va mostrar que es pot utilitzar la ciència de la topologia per facilitar la propagació d'ona electromagnètica robusta en components electrònics i de circuits. En segon lloc, es va mostrar que la robustesa inherent associada amb aquests fenomens topològics pot ser induït pels propis senyals que viatgen al circuit, i que podem aconseguir aquesta robustesa utilitzant línies no traçades adequadament en circuits.

Per aconseguir els objectius, l'equip va utilitzar ressonadors no lineals per modelar un diagrama de bandes de la matriu de circuits. La matriu es va dissenyar perquè un canvi en la intensitat del senyal pogués induir un canvi en la topologia del diagrama de banda. Per a baixes intensitats de senyal, el circuit electrònic s'ha dissenyat per suportar una topologia trivial i, per tant, no protegeix els defectes. En aquest cas, a mesura que es van introduir defectes en la matriu, la transmissió del senyal i la funcionalitat del circuit es van veure negativament afectades.
A mesura que la tensió s'incrementa més enllà d'un llindar específic, no obstant això, la topologia del diagrama de banda es va modificar automàticament, i la transmissió del senyal no va ser obstaculitzada per defectes arbitraris introduïts en la matriu del circuit. Això va proporcionar evidència directa d'una transició topològica en els circuits que es va traduir en una robustesa induïda per ells mateixos contra els defectes i el desordre.

A mesura que s'aplica el senyal de major voltatge, el sistema es reconfigura en si mateix, induint una topologia que es va propagar a tota la cadena de ressonadors que permetia que el senyal es transmetés sense cap problema. Com que el sistema no és lineal, és capaç d'experimentar una transició inusual que fa que la transmissió del senyal sigui robusta, fins i tot quan hi hagi defectes o danys en els circuits.
Aquestes idees obren oportunitats per a l'electrònica inherentment robusta i mostren com conceptes complexos en matemàtiques, com el de la topologia, poden tenir impactes reals en els dispositius electrònics comuns. Es poden aplicar idees similars als circuits òptics no lineals i als metamaterials lineals i no lineals de dos o tres dimensions.

Font: CUNY Advanced Science Research