Los físicos construyen diodos para ondas electromagnéticas

El diodo electrónico es un dispositivo que permite que la corriente viaje en una dirección pero no en la otra. Eso los convierte en cosas útiles para tener a mano. Tan útil, de hecho, que sería difícil encontrar un dispositivo electrónico que no lo contenga. No es exagerado decir que se han convertido en uno de los pilares fundamentales del mundo moderno.

Los físicos saben desde hace algún tiempo que es posible fabricar dispositivos similares a diodos para ondas electromagnéticas. Las matemáticas de la propagación de ondas electromagnéticas sugieren que ciertos tipos de material deberían permitir que las ondas polarizadas pasen en una dirección pero no en la otra cuando se bañan en un campo magnético. Los ingenieros pueden construir fácilmente un dispositivo de este tipo, pero su efecto es lo que los físicos llaman lineal, lo que significa que la cantidad de luz que emite es proporcional a la montura que coloca.

No es así como actúa realmente un diodo electrónico. Su comportamiento es no lineal, lo que significa que un pequeño cambio en la entrada puede tener un cambio significativo en la salida. Por ejemplo, un pequeño cambio en la corriente electrónica puede hacer que la corriente de salida caiga a cero. Este comportamiento altamente no lineal es lo que hace que los diodos electrónicos sean tan útiles.

Por tanto, no es de extrañar que los físicos hayan buscado formas de hacer algo similar con las ondas electromagnéticas. Saben, por ejemplo, que los cristales de yodato de litio se comportan así, excepto que el efecto es minúsculo. Antes de la invención del láser, los físicos pensaban que la intensidad de luz necesaria para ver el efecto solo podía existir dentro de las estrellas.

Hoy, Ilya Shadrivov de la Universidad Nacional Australiana en Canberra y sus amigos dicen que es posible hacerlo mucho mejor que esto gracias a la magia no lineal de los materiales mate, cosas que han sido diseñadas para manipular el comportamiento de la luz que viaja a través de ellas.

Los metamateriales se construyen utilizando matrices repetidas de componentes electrónicos como resistencias y condensadores de varias formas que interactúan en conjunto con ondas electromagnéticas. Estos componentes son como moléculas o metamoléculas: son la materia a partir de la cual se fabrican los metamateriales.

Shadrivov y compañía dicen que es posible crear un comportamiento similar al de un diodo utilizando una metamolécula hecha de dos cables separados por una hoja dieléctrica y rotados entre sí.

Un microondas que pasa a través de cables genera corrientes en cada uno que tienden a interactuar. En ciertas frecuencias, estas corrientes se refuerzan o cancelan. Agregar un diodo no lineal a uno de los cables hace que el efecto de la metamolécula también sea no lineal.

El resultado es un dispositivo que actúa como un diodo para luz polarizada para diestros de una frecuencia específica, pero es completamente transparente para la luz polarizada para zurdos. La dirección de transmisión permitida depende de la frecuencia de las microondas. Y la quiralidad del dispositivo se puede revertir cambiando el ángulo relativo de los cables.

Grafique este comportamiento e inmediatamente podrá ver la complejidad de la curva de respuesta. Las curvas de transmisión dicen que Shadrivov y compañía tienen una similitud notable con la respuesta I-V de un diodo electrónico.

Este es un efecto fuerte, a diferencia del observado en el yodato de litio. La transmisión en una dirección puede diferir de la de la otra en 18 dB, que es un factor de 65. Y en total, el nuevo efecto supera al encontrado en el yodato de litio en 12 órdenes de magnitud, dicen Shadrivov y sus amigos. ¡Nada mal!

Pero este dispositivo puede ser aún más significativo. La curva de transmisión muestra un efecto de histéresis. Eso significa que la intensidad real de la luz transmitida toma diferentes valores para la misma entrada, dependiendo del historial del dispositivo.

Si eso le suena familiar es porque una muy similar tipo de comportamiento ocurre en memristores .

Los memristores son uno de los componentes fundamentales de los circuitos electrónicos, junto con los resistores, los condensadores y los inductores. Se pensaba que su existencia era completamente teórica hasta hace unos años, cuando los ingenieros de HP Labs en Palo Alto se tropezaron con ellos.

Su gran promesa es que se pueden utilizar para procesar y almacenar información, ya que pueden tener más de una salida dada una determinada entrada.

Una esperanza es que los memristores hagan que los circuitos lógicos electrónicos sean más simples y, por lo tanto, más baratos. Una línea de pensamiento más ambiciosa es que los memristores permitirán tipos completamente nuevos de circuitos de procesamiento de información que imitan más de cerca la forma en que funciona el cerebro. Todavía estamos esperando ver. Pero no hay escasez de personas que lo intenten.

La idea de que un tipo similar de dispositivo podría operar con ondas electromagnéticas, si ese resulta ser el caso, podría desencadenar un tipo similar de fiebre del oro. ¡Mira este espacio!

Ref: arxiv.org/abs/1010.5830 : Análogo de onda electromagnética de diodo electrónico

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