La plupart des technologies reposent aujourd’hui sur des appareils qui transportent de l’énergie sous forme d’ondes lumineuses, radio ou mécaniques. Cependant, ces canaux de guidage d’ondes sont susceptibles d’être perturbés et endommagés, soit lors de la fabrication, soit après leur déploiement dans des environnements difficiles.

Des chercheurs de l’Université de l’Illinois au Grainger University of Engineering d’Urbana-Champaign ont expérimentalement démontré une nouvelle façon de transporter l’énergie même à travers des guides d’ondes qui sont défectueux, et même si le hassle est un phénomène transitoire dans le temps. Ce travail pourrait conduire à des appareils beaucoup additionally robustes qui continueraient à fonctionner malgré les dommages.

La pompe topologique peut assurer la stabilité des technologies de interaction

Gaurav Bahl, professeur agrégé en sciences mécaniques et en génie, et Taylor Hughes, professeur de physique, ont publié leurs résultats dans Mother nature Communications. Cet important travail a été dirigé par le chercheur postdoctoral Inbar Grinberg, également en sciences mécaniques et en génie.

Leur post, « Pompage temporel robuste dans un isolant topologique magnéto-mécanique », détaille la démonstration d’une pompe topologique, un système qui produit à la demande, un transport robuste d’énergie mécanique lorsqu’elle est périodiquement entraînée dans le temps. Les chercheurs ont construit la pompe topologique à l’aide d’un matériau artificiel magnéto-mécanique unidimensionnel, composé de ressorts, de masses et d’aimants.

L’inspiration pour la pompe est venue du travail du physicien David Thouless, lauréat du prix Nobel de 1983, dans lequel il a proposé un schéma pour réaliser le transport quantifié de particules simples, par ex. des électrons, à travers un potentiel périodique, par ex. une chaîne d’atomes. Le principe sous-jacent est de moduler progressivement et périodiquement la framework de la chaîne en fonction du temps. À la fin de chaque période du cycle de pompage, une seule particule doit entrer dans la chaîne à une extrémité, et simultanément une seule particule doit sortir de l’autre extrémité de la chaîne. Cela se produit de manière fiable même si la chaîne d’atomes présente une quantité modérée de désordre.

Ce sort de système est appelé une pompe automobile sa description system évoque une eyesight d’une vis d’Archimède, une pompe à eau à manivelle avec des références historiques remontant à l’Égypte ancienne.

Les chercheurs de Grainger ont repris l’idée de Thouless et l’ont mise en œuvre dans une pompe topologique mécanique. Une difference noteworthy est que leur pompe transporte de l’énergie mécanique, et non des particules ou de l’eau, à travers toute la chaîne au cours d’une période du cycle de pompage. De additionally, la pompe fonctionne avec succès même si la chaîne présente un désordre significant dans l’espace ou le temps. Pour compléter l’analogie avec une pompe à vis à eau, les chercheurs ont alimenté leur démonstration avec un vilebrequin rotatif.

« En fin de compte, nous aimerions étendre cette démonstration pour produire des guides d’ondes tout aussi résistants pour la lumière, le son et l’électricité », a expliqué Bahl. « Le rêve est de mettre un sign à une extrémité d’un canal unidimensionnel et de garantir un transport à l’autre extrémité, de manière robuste chaque fois que l’utilisateur le souhaite. Nous pensons que les pompes topologiques sont un exceptional moyen de le faire .  »

Les lignes de fibre optique et de cuivre constituent l’épine dorsale de toutes nos systems de communication. Actuellement, dommages modérés le very long de ces canaux de conversation – par ex. tout sauf une déconnexion complète – peut réduire la puissance du signal et même produire des réflexions indésirables, ce qui affecte négativement la quantité de données que ces canaux peuvent transporter.

L’équipe de recherche estime que le pompage topologique pourrait être une excellente alternative dans ces scénarios.