Des physiciens construisent une diode pour les ondes électromagnétiques

La diode électronique est un dispositif qui permet au courant de circuler dans un sens mais pas dans l'autre. Cela en fait des choses pratiques à avoir autour. Si pratique, en fait, que vous auriez du mal à trouver un appareil électronique qui n'en contient pas. Il n'est pas exagéré de dire qu'ils sont devenus l'un des éléments fondamentaux du monde moderne.

Les physiciens savent depuis un certain temps qu'il est possible de fabriquer des dispositifs de type diode pour les ondes électromagnétiques. Les mathématiques de la propagation des ondes électromagnétiques suggèrent que certains types de matériaux devraient permettre aux ondes polarisées de passer dans un sens mais pas dans l'autre lorsqu'ils sont baignés dans un champ magnétique. Les ingénieurs peuvent facilement construire un tel appareil, mais son effet est ce que les physiciens appellent linéaire, ce qui signifie que la quantité de lumière que vous obtenez est proportionnelle à la monture que vous installez.

Ce n'est pas vraiment comme ça qu'une diode électronique agit. Son comportement est non linéaire, ce qui signifie qu'un petit changement dans l'entrée peut avoir un changement important dans la sortie. Par exemple, un petit changement dans le courant électronique peut faire tomber le courant de sortie à zéro. Ce comportement hautement non linéaire est ce qui rend les diodes électroniques si utiles.

Il n'est donc pas étonnant que les physiciens aient cherché des moyens de faire quelque chose de similaire avec les ondes électromagnétiques. Ils savent par exemple que les cristaux d'iodate de lithium se comportent ainsi, sauf que l'effet est minime. Avant l'invention du laser, les physiciens pensaient que l'intensité lumineuse nécessaire pour voir l'effet ne pouvait exister qu'à l'intérieur des étoiles.

Aujourd'hui, Ilya Shadrivov de l'Université nationale australienne de Canberra et ses amis disent qu'il est possible de faire bien mieux que cela grâce à la magie non linéaire des maté-matériaux, des choses qui ont été conçues pour manipuler le comportement de la lumière qui les traverse.

Les métamatériaux sont construits à l'aide de réseaux répétitifs de composants électroniques tels que des résistances et des condensateurs de différentes formes qui interagissent ensemble avec les ondes électromagnétiques. Ces composants sont comme des molécules, ou des métamolécules – ce sont les éléments à partir desquels les métamatériaux sont fabriqués.

Shadrivov et co disent qu'il est possible de créer un comportement de type diode en utilisant une métamolécule constituée de deux fils séparés par une feuille diélectrique et tournés l'un par rapport à l'autre.

Une micro-onde traversant des fils génère des courants dans chacun qui ont tendance à interagir. A certaines fréquences, ces courants se renforcent ou s'annulent. L'ajout d'une diode non linéaire à l'un des fils rend également l'effet de la métamolécule non linéaire.

Le résultat est un dispositif qui agit comme une diode pour la lumière polarisée à droite d'une fréquence spécifique, mais qui est entièrement transparent à la lumière polarisée à gauche. Le sens de transmission admissible dépend de la fréquence des micro-ondes. Et la chiralité de l'appareil peut être inversée en changeant l'angle relatif des fils.

Tracez ce comportement et vous pouvez immédiatement voir la complexité de la courbe de réponse. Les courbes de transmission indiquent que Shadrivov et co ont une similitude remarquable avec la réponse I-V d'une diode électronique.

Il s'agit d'un effet puissant, contrairement à celui observé dans l'iodate de lithium. La transmission dans un sens peut différer de celle dans l'autre de 18 dB, soit un facteur de 65. Et au total, le nouvel effet dépasse celui trouvé dans l'iodate de lithium de 12 ordres de grandeur, disent Shadrivov et ses amis. Pas mal!

Mais ce dispositif est peut-être plus significatif encore. La courbe de transmission montre un effet d'hystérésis. Cela signifie que l'intensité réelle de la lumière transmise prend des valeurs différentes pour la même entrée, en fonction de l'historique de l'appareil.

Si cela vous semble familier, c'est parce qu'un type de comportement se produit dans les memristors .

Les memristors sont l'un des éléments constitutifs fondamentaux des circuits électroniques, avec les résistances, les condensateurs et les inductances. Leur existence était considérée comme entièrement théorique jusqu'à il y a quelques années à peine, lorsque les ingénieurs de HP Labs à Palo Alto sont tombés sur eux.

Leur grande promesse est qu'ils peuvent être utilisés pour traiter et stocker des informations car ils peuvent avoir plus d'une sortie pour une certaine entrée.

Un espoir est que les memristors rendront les circuits logiques électroniques plus simples et donc moins chers. Une ligne de pensée plus ambitieuse est que les memristors permettront des types entièrement nouveaux de circuits de traitement de l'information qui imitent plus étroitement la façon dont le cerveau fonctionne. On attend toujours de voir. Mais les gens qui essaient ne manquent pas.

L'idée qu'un type d'appareil similaire puisse fonctionner sur des ondes électromagnétiques, si cela s'avère être le cas, pourrait déclencher un type similaire de ruée vers l'or. Surveillez cet endroit!

Réf : arxiv.org/abs/1010.5830 : Analogique d'onde électromagnétique de la diode électronique

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