Eletrônica

Circuitos eletrônicos volumosos são substituídos por traçado superficial
Múltiplos circuitos podem ser "planificados". [Imagem: Yuan Li et al. - 10.1038/s41467-018-07084-2]

Circuito LC plano

Junte uma bobina (L) e um capacitor (C) e você terá um circuito LC, um ressonador eletrônico que está em virtualmente todos os equipamentos eletrônicos, entre eles os aparelhos de comunicação sem fios, tanto para emissão quanto recepção de ondas de radiofrequência.

O problema é que cada um desses circuitos é enorme para os padrões atuais, ocupando nas placas de circuito o mesmo espaço que bilhões de transistores contidos em cada chip.

Agora, cientistas japoneses conseguiram fabricar circuitos LC topológicos, uma organização superficial em um padrão de favo de mel no qual as ondas eletromagnéticas podem se propagar sem se refletirem mesmo quando as vias fazem curvas acentuadas.

Esses circuitos "bidimensionais" serão usados como guias de ondas eletromagnéticas de alta frequência, permitindo a miniaturização e uma alta integração de toda a gama de aparelhos eletrônicos, incluindo os telefones celulares e os computadores.

Circuito topológico

Um circuito topológico funciona com base em características superficiais, sem importar o miolo do material.

Assim, substituir uma bobina e um capacitor, que são componentes eletrônicos tipicamente volumosos, por um mero traçado na superfície de um material ou da própria placa de circuito impresso, promete um salto radical na miniaturização.

Esses materiais "bidimensionais" estão na crista da onda de pesquisas envolvendo novas famílias de materiais supercondutores, componentes para computadores quânticos e hologramas 3D.

Mas sua chegada a um circuito tão comum quanto um ressonador LC deverá ter um impacto mais amplo.

Circuitos eletrônicos volumosos são substituídos por traçado superficial
Além de substituir circuitos grandes e complexos, o mecanismo poderá ser usado na transmissão de dados dentro das placas de circuito impresso. [Imagem: Yuan Li et al. - 10.1038/s41467-018-07084-2]

Eletrônica topológica

Em 2015, a equipe do Instituto Nacional de Ciência dos Materiais, no Japão, demonstrou propriedades topológicas em luz e micro-ondas em uma estrutura alveolar de cilindros dielétricos - cilindros feitos de silício, por exemplo.

Desta vez, a equipe usou tiras metálicas em microescala para compor um circuito plano, no qual as ondas eletromagnéticas atingem propriedades topológicas quando as tiras metálicas formam um padrão de favo de mel e as larguras das tiras intra-hexágono e inter-hexágono são diferentes. O circuito inteiro substitui a bobina e o capacitor funcionando em conjunto.

É a primeira demonstração de que a propagação superficial de ondas eletromagnéticas pode ser induzida usando materiais convencionais em uma estrutura simples. Como a propagação topológica das ondas eletromagnéticas é imune ao retroespalhamento, torna-se possível elaborar projetos de circuitos eletromagnéticos muito compactos.

Além disso, a direção do vórtice e a vorticidade associada aos modos eletromagnéticos topológicos podem ser usados como portadores de dados em comunicação, algo a que a equipe pretende se dedicar a seguir.

Bibliografia:

Topological LC-circuits based on microstrips and observation of electromagnetic modes with orbital angular momentum
Yuan Li, Yong Sun, Weiwei Zhu, Zhiwei Guo, Jun Jiang, Toshikaze Kariyado, Hong Chen, Xiao Hu
Nature Communications
Vol.: 9, Article number: 4598
DOI: 10.1038/s41467-018-07084-2




Outras notícias sobre:

    Mais Temas