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A metassuperfície é dividida em três espaços: o espaço de codificação, o espaço atual e o espaço de onda. Os três espaços são compostos pelos sinais de controle digital e pelos dispositivos sintonizáveis, pelas correntes nas estruturas passivas e pelos dispositivos sintonizáveis, e pelos campos na região de interesse, respectivamente. Crédito: Science China Press
Ruiwen Shao e Prof. Junwei Wu do Instituto de Espaço Eletromagnético da Southeast University em Nanjing, China, explora a intrincada dinâmica de ondas espalhadas em metassuperfícies digitais. Utilizando a técnica de decomposição de valores singulares (SVD), o Dr. Shao descobriu uma discrepância fascinante: a contagem de valores singulares diferentes de zero não corresponde precisamente ao número de metaátomos dentro da metassuperfície. Em vez disso, é aproximadamente igual, esclarecendo o comportamento complexo dessas estruturas eletromagnéticas. “Este é um resultado muito incomum, que é contrário ao método de modelagem anterior da metassuperfície”, diz Shao.
Ruiwen Shao e Junwei Wu, juntamente com o diretor do laboratório Tiejun Cui, procuraram determinar o que causa o valor singular redundante. A equipe considera a metasuperfície de codificação digital como uma rede de micro-ondas que consiste em duas redes, incluindo estruturas passivas e dispositivos sintonizáveis. A composição separa com sucesso o impacto dos estados de codificação nas ondas espalhadas. “A expressão obtida pela fórmula da cascata da rede de micro-ondas ainda contém o termo de inversão da matriz, então naturalmente nos perguntamos se a expansão da série de potências terá um efeito na simplificação.” Wu diz.
A equipe descobriu que, após uma série de derivações e aproximações, as ondas dispersas da metassuperfície de codificação digital podem ser expressas como um polinômio de segunda ordem dos estados de codificação, incluindo termo constante, termos de primeira ordem e termos de segunda ordem de adjacentes. códigos. “A introdução do termo de ordem zero e dos termos de segunda ordem duplica a classificação da equação, o que é consistente com o número de valores singulares diferentes de zero. Esses termos podem ser considerados causados pelo acoplamento mútuo de metaátomos adjacentes.” Shao diz.
O termo constante e o padrão de primeira ordem do elemento central dominam a corrente do metaátomo. Os padrões de primeira ordem dos elementos adjacentes superiores e inferiores ficam em segundo lugar, e os restantes são relativamente pequenos. Crédito: Science China Press
Aplicações Práticas e Conclusão
Os pesquisadores extraíram esses padrões atuais por meio de simulações de ondas completas. Com base nos padrões, eles prevêem com precisão as ondas EM espalhadas da metassuperfície em qualquer estado de codificação. “Uma expressão semianalítica de alta precisão fornece uma ferramenta poderosa para estudarmos teoricamente as características estatísticas das metassuperfícies. Com a ajuda do modelo macroscópico, o acoplamento mútuo de elementos é transformado em covariância atual. Portanto, finalmente descobrimos que a distribuição de probabilidade da corrente na metassuperfície é um conjunto de distribuições normais dependentes. Comparamos a entropia diferencial das correntes distribuídas dependentes com a das independentes e idênticas, e a diferença entre elas indica a perda de informação na conversão de sinais digitais em ondas eletromagnéticas.” Wu diz.
Como avaliar a capacidade da metassuperfície de transmitir informações é um problema urgente a ser resolvido na aplicação de sistemas de comunicação de metassuperfícies. Neste estudo, os pesquisadores forneceram um novo método quantitativo da perda de informação causada pelo acoplamento mútuo. Consistente com a cognição comum, a perda de informação aumenta à medida que o período do elemento diminui.
Referência: “Modelo macroscópico e modelo estatístico para caracterizar informação eletromagnética de uma metassuperfície de codificação digital” por Rui Wen Shao, Jun Wei Wu, Zheng Xing Wang, Hui Xu, Han Qing Yang, Qiang Cheng e Tie Jun Cui, 29 de novembro de 2023, Revisão Nacional de Ciência.
DOI: 10.1093/nsr/nwad299