Spatiotemporele meta-oppervlakken worden geanalyseerd vanuit een informatieperspectief, waarin twee informatie-overgangsmechanismen over groepsuitbreiding en onafhankelijke regeling van meerdere harmonischen worden onthuld en gekarakteriseerd. De efficiëntie van de informatietransitie van deze mechanismen wordt ook geanalyseerd, die zou kunnen worden gebruikt om de kanaalcapaciteit van de spatiotemporele meta-oppervlakken voor draadloze communicatie te voorspellen. Het gepresenteerde raamwerk en de verkregen resultaten zouden nuttig zijn om de basis te leggen voor op informatie gebaseerde spatiotemporele meta-oppervlakken.

Spatiotemporele meta-oppervlakken, aangedreven door ultrasnelle dynamische modulaties, nieuwe mogelijkheden hebben geopend voor het manipuleren van de harmonische modi van elektromagnetische golven en generaties van exotische fysieke verschijnselen, zoals dispersie-annulering, Lorentz wederkerigheid breken, en Doppler-illusies. In recente jaren, snelle ontwikkeling van informatietechnologieën hebben veel informatieverwerkingstoepassingen voor meta-oppervlakken gestimuleerd, inclusief computationele beeldvorming, draadloze communicatie, en het uitvoeren van wiskundige bewerkingen.

Met toenemend onderzoek gericht op het onderwerp informatieverwerking met meta-oppervlakken, er is dringend een algemene theorie nodig om de informatieverwerkingscapaciteiten van de tijdruimtelijke metaoppervlakken te karakteriseren. In een nieuw artikel gepubliceerd in Lichtwetenschap en toepassingen , De groep van prof. Tie Jun Cui aan de Southeast University (SEU) heeft een doorbraak gemeld over dit onderwerp. In dit werk, de informatie-overgangsmechanismen van spatiotemporele meta-oppervlakken worden voorgesteld en geanalyseerd, waarin de groepsuitbreiding en onafhankelijke controle van meerdere harmonischen worden onthuld en gekarakteriseerd als twee belangrijke informatie-overgangsmechanismen van de spatiotemporele meta-oppervlakken.

specifiek, het groepsuitbreidingsmechanisme zou kunnen worden gebruikt om de uitgangsfasetoestanden van elk metaatoom met een factor q te verlengen, waarbij q een functie is over de modulatieperiodiciteit, input fase staten, en harmonische index. Overeenkomstig, de output spectrale responstoestanden van de spatiotemporele metasurface zijn enorm uitgebreid, zodat nauwkeurigere manipulaties van de elektromagnetische informatie kunnen worden verkregen zonder de ontwerpcomplexiteit van de meta-oppervlakken te vergroten.

Aanvullend, de onderzoekers toonden aan dat de onafhankelijke controle van de spectrale reacties van het spatiotemporele metaoppervlak ook kon worden gerealiseerd. De onafhankelijke controle van meerdere harmonischen zou nieuwe mogelijkheden kunnen openen voor op metasurface gebaseerde multitasking, waarmee elektromagnetische informatie onafhankelijk kan worden verwerkt met kanalen met frequentieverschillen. Een proof-of-concept experiment wordt uitgevoerd in het microgolfregime om de mechanismen van de groepsuitbreiding en onafhankelijke controle van meerdere harmonischen met het spatiotemporele meta-oppervlak te verifiëren.

Door het voorgestelde model op te nemen in de entropietheorie van Shannon, de auteurs ontdekten verder de efficiëntie van de informatie-overgang van de spatiotemporele meta-oppervlakken met betrekking tot de bovengenoemde twee mechanismen. De verkregen resultaten kunnen worden toegepast om de kanaalcapaciteit van het spatiotemporele metaoppervlak te voorspellen, die nuttig zou zijn om de analyse en het ontwerp van ruimte-tijd meta-oppervlakken voor draadloze communicatie te begeleiden. Bovendien, ze toonden aan dat de spectrale outputresponsen van het spatiotemporele meta-oppervlak kunnen helpen om de kleine stelling van Fermat te bewijzen, wat op zijn beurt meer aanwijzingen zou kunnen geven om de niet-verdwenen spectra-reacties van de spatiotemporele meta-oppervlakken te begrijpen.

"De voorgestelde theorie stelt een kwantitatief kader vast om de informatie-overgangsmogelijkheden van de spatiotemporele metasurfaces te karakteriseren, die diepere fysieke inzichten biedt in het begrijpen van spatiotemporele meta-oppervlakken vanuit het informatieperspectief, en biedt nieuwe benaderingen om analyse en ontwerp te vergemakkelijken. Het gepresenteerde raamwerk en de verkregen resultaten, met brede spectrale toepasbaarheid, zou nuttig zijn om de basis te leggen voor toekomstig onderzoek naar het regime van op informatie gebaseerde spatiotemporele metasurfaces, en zal naar verwachting nieuwe informatiegerichte toepassingen mogelijk maken, waaronder cognitieve harmonische wavefront-engineering, intelligente computationele weergave, en de 6e generatie (6G) draadloze communicatie, ’ concluderen de wetenschappers.