當我們透過窗戶看到街上的鄰居時，鄰居也能看到我們。這就稱為「互易」（reciprocity），它是自然界中最普遍的物理現象之一。在兩個信號源之間的電磁信號的傳播總是受到互易定理的支配：如果信號源B可以接收到信號源A的信號，那麼信號源A也能以相同的效率接收信號源B的信號。
無論是光波還是聲波或者其他類型的波，都是以相同的方式向前和向後傳播。如果我們可以讓波僅沿著一個方向傳播，打破互易性，那麼就可以改變我們日常生活中許多重要的應用。例如，我們可以構造出新型「單向」元件，比如環行器和隔離器，從而實現雙向通信，使無線通信系統的數據容量翻倍。
近日，芬蘭阿爾託大學、美國史丹福大學和瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）的研究人員組成的一支國際科研團隊發現了一種簡單的新方法，通過周期性地改變材料特性，來打破電磁世界中的互易定理。這項突破有助於創造高效的非互易器件，例如緊湊型隔離器和環行器，這是新一代微波和光通信系統所需的。
研究證明，如果傳播介質的特性隨時間周期性地變化，則互易定理就能被打破。傳播介質指的是一種材料，光波和電磁波在這種材料中存留，並從一個點傳播到另一個點。相關論文發表在《物理評論通訊》（Physical Review Letters）雜誌上。技術團隊通過理論證明，如果介質被塑造成不對稱的結構，並且它的物理特性隨時間產生全局性的變化，那麼由信號源A產生的信號可以被信號源B接收到，而反過來則不行。這就創造出了一種強烈的非互易效應，因為來自信號源B的信號不能被信號源A接收到。
阿爾託大學博士後研究員、論文第一作者王旭晨（Xuchen Wang）表示：「這是物理學界和工程界的一個重要裡程碑。我們需要為各種各樣的應用提供單向光傳輸，例如穩定雷射操作或者設計未來的通信系統，比如通道容量增加的全雙工系統。」之前，創造非互易效應需要外部磁體來進行偏置，這會使設備體積龐大、溫度不穩定、有時與其他組件不兼容。這項新的發現提供了最簡單、最緊湊的方式來打破電磁互易性，而無需笨重的磁鐵。王旭晨表示，「這種『唯時間』的變化使我們能夠設計出簡單且緊湊的材料平臺，從而能夠實現單向光傳輸甚至放大。」