【博科园–科学科普（关注“博科园”看更多）】人们越来越依赖手机、平板电脑和其他便携式设备，帮助他们在日常生活中导航。但是这些小玩意容易出现故障，通常是由于它们复杂的电子产品的小缺陷导致的，这可能是经常使用的结果。现在《自然电子》杂志的一篇论文详细介绍了纽约城市大学(City University of New York)研究生中心(Advanced Science Research Center, ASRC)的研究人员的一项创新，该研究为影响信号传输的电路损伤提供了强有力的保护。这一突破是在阿斯克的光子学项目主任安德里亚·阿鲁的实验室中取得的。Alu和他的同事们从纽约城市大学，德克萨斯大学奥斯汀分校和特拉维夫大学的开创性工作的启发,三名英国研究人员获得了2016年诺贝尔物理学奖，特定属性的物质(如导电性)可以保留在某些材料尽管连续问题的形式或形状的变化。
研究人员使用非线性谐振器来模拟一个电路阵列，其功能被证明具有天生的鲁棒性，可以防止通常中断信号传输的缺陷。图片版权：Advanced Science Research Center, GC/CUNY
这一概念与拓扑有关——这是一个研究在连续变形下保存的空间性质的数学分支。在过去的几年里，从物质科学到光传播，都有强烈的兴趣将物质拓扑的概念转化为物质。在这个项目中实现了两个目标：首先可以利用拓扑的科学来促进电子和电路元件的强大的电磁波的传播。第二证明了与这些拓扑现象相关的固有的鲁棒性可以由电路中的信号进行自我诱导，并且我们可以通过在电路阵列中适当的定制非线性来达到这种鲁棒性。为了实现他们的目标，研究小组使用了非线性谐振器来模拟电路阵列的带图。该阵列的设计是为了使信号强度的变化可以引起波段图的拓扑结构的改变。对于低信号强度，电子电路被设计用来支持一个小的拓扑结构，因此不提供任何保护。在这种情况下，由于缺陷被引入到阵列中，信号的传输和电路的功能受到了负面的影响。
然而当电压超过一个特定的阈值时，该带图的拓扑结构被自动修正，并且信号传输不受电路阵列中引入的任意缺陷的阻碍。这直接证明了电路拓扑结构的转变，转化为自我诱导的对缺陷和无序的鲁棒性。纽约城市学院教授、该研究的作者之一a·Khanikaev说：一旦应用了更高的电压信号，系统就会重新配置，从而引发一种拓扑结构，这种拓扑会在整个谐振器链上传播，从而使信号能够在不存在任何问题的情况下传输，因为这个系统是非线性的，它能够经历一个不寻常的转变，即使在电路有缺陷或损坏的情况下，信号传输也很强劲。Alu集团的首席作者、前博士后雅克·哈达(Yakir Hadad)说：这些想法为固有的健壮的电子产品打开了令人兴奋的机会，展示了数学中复杂的概念，比如拓扑结构，可以对普通电子设备产生真实的影响，类似的思想可以应用于非线性光学电路，并扩展到两个和三维的非线性超材料。
