Ko je bila zmogljiva pregrada, bi lahko izboljšala telekomunikacije

TURKCAN Ses Analizi (Tam Kadro - Türkün Bayrağı, Anayurt Marşı) (Junij 2019).

Anonim

Raziskovalci, ki preučujejo in manipulirajo z obnašanjem materialov na atomski ravni, so odkrili način izdelave tankega materiala, ki povečuje pretok mikrovalovne energije. Napredek, ki bi lahko izboljšal telekomunikacije, razkriva novo svetlobo na strukturne lastnosti, ki se na splošno štejejo za statične in ovira, ki so, če so dinamični, dejansko ključni za posebno sposobnost materiala.

Razkritje, ki je bilo objavljeno v reviji Nature, prikazuje, kako lahko domene stene - naravno nastajajoče meje, ki ločujejo atome z različnimi smermi relativnega premika, ki ustvarjajo dipole znotraj materiala - dejansko lahko vstopajo v dostop do veliko širšega obsega elektromagnetnih frekvenc. In ta dostop bi nekega dne lahko razširil obseg frekvenc, ki se uporabljajo kot komunikacijski kanali.

V članku so raziskovalci na Univerzi Drexel, Univerzi Bar-Ilan v Izraelu, Kalifornijski univerzi v Berkeleyju, Kalifornijski univerzi v Santa Barbari, Carnegiejevi ustanovi za znanost in Univerzi v Pennsylvaniji pokazali, kako se lahko oblikuje feroelektrični material tako da lahko domene stene uporabimo za prenos mikrovalov z višjo stopnjo nadzora frekvence od mobilnih naprav, ki jih trenutno uporabljamo.

"Ker povpraševanje potrošnikov po mobilnih komunikacijah povečuje razpoložljivi brezžični spekter, je vedno bolj preobremenjeno in potrebne nove tehnologije za ustvarjanje prilagodljivih, frekvenčno prilagodljivih anten, " je dejal Robert York, profesor na UC Santa Barbara in soavtor tega članka. "Mogoča je nastavljiva dielektrična snov."

Z uporabo domene stene v materialu za izboljšanje njegove kakovosti prenosa je še posebej nepričakovan pristop, ker prisotnost teh meja nagiba k močnemu zmanjšanju sposobnosti materiala za prenos mikrovalovnega elektromagnetnega polja. Do sedaj so bili najboljši filmski materiali za oddajanje elektromagnetnih polj v radijskih frekvenčnih napravah na splošno mišljeni kot monokristalni materiali, ki nimajo trajnih dipolnih momentov - kaj šele domene.

Toda raziskovalna skupina je to percepcijo domenskih zidov na svoji glavi spremenila z ustvarjanjem feroelektričnega materiala z visoko gostoto domenskih zidov, ki lahko preseže enojne kristale, ko gre za prilagodljivost in kakovost prenosa.

Skupina je ugotovila, da domenska stena tankega filma barijevega stroncijevega titanata, pogosto proučevanega feroelektričnega materiala, deluje kot vibracijske strune za kitaro, ki resonirajo skupaj. Namesto absorbiranja ali razprševanja mikrovalov, prisotnost gostega, vendar naročenega, gobca nihajočih domenskih zidov dejansko izboljšuje kakovost prenosa.

"Tudi najboljši kristali velikosti v velikem obsegu, brez trajnih, preusmerljivih dipolov, imajo večje izgube pri višjih frekvencah zaradi motenj zaradi vibracij atomov v rešetki, " je povedal Jonathan Spanier, profesor materialov v Drexelu, ki je vodil raziskavo. "Filmski materiali s trajnimi dipolami so domenska stena in izguba je veliko slabša. Toda filmi, ki podpirajo reverzibilno gibanje domene na steno in njihovo nihanje, presenetljivo prekineta ta trend in odzivata na širok razpon frekvenc."

Po mnenju raziskovalcev "bližina in dostopnost med termodinamsko napovedanimi sevalnimi različicami stenskih feroelektričnih sten za doseganje gigahertzove mikrovalovne nastavljivosti in dielektrične izgube, ki presegajo tiste za sedanje najboljše filmske naprave za 1-2 zaporedja velikosti, dosegajo vrednosti, primerljive v večje posamezne kristale, ampak v materialu, ki ga je mogoče prilagoditi ", pišejo v časopisu.

Ključ do te izjemne prilagodljivosti je, po mnenju so-avtorja Zongquana Gua, podoktorskega znanstvenika v španski raziskovalni skupini, številčnost različnih faz, "temperatura feroelektričnega faznega prehoda označuje začetek stalnega dipolarnega naročanja. Vrh v dielektriki dovzetnost, termodinamična lastnost, povezana z velikostjo kapacitivnosti, je znak prehoda, "je dejal Gu. "Inženiring filmskega materiala, ki ima v bližini precej lažje razpoložljive" faze ", omogoča materialu, da doseže precej večjo nastavitev kapacitete z enako napetostjo."

Poleg španskega študenta Drexel, ki je študiral dodiplomski študij Drexel, sta začela teorijo in simulacijska prizadevanja za napovedovanje energijskih krajin, bogatih z domeno steno, za usmerjanje proizvodnje barijevega stroncijevega titanata, ki je bogata z domeno steno. S španskim kolegom v Berkeleyju, ki ga je vodil profesor znanosti o materialih Lane Martin, vodja filmske znanosti na področju ferroelektričnih domov, je Gu naredil in označil tudi prve vzorce gradiva s procesom, imenovanim deformiranje, da bi ustvaril gosto koncentracijo domene stene.

Od tam so sodelavci na univerzi Bar-Ilan v Izraelu pod vodstvom profesorja kemije Ilya Grinberg simulirali dinamično obnašanje posebnega filmskega materiala pri različnih temperaturah, sevu in električnem polju, ki ga je primerjal s "odličen" feroelektrični kristal brez kakršnih koli domenskih zidov, kar je razkrilo izjemno vedenje materiala.

Ta intrinsična prilagodljivost, kar pomeni odlične prenosne sposobnosti materiala, ne zahteva nobene zunanje, elektromehanske izboljšave, zato je obetaven za uporabo v komunikacijskih napravah - kjer je učinkovit dostop do spektra bistven.

V UC Santa Barbari, York, profesor elektrotehniškega in računalniškega inženirstva in njegov doktorski študent Cedric Meyers, so izdelali elektrodne testne strukture, ki so omogočile merjenje in analizo resonančnega mikrovalovnega odziva materiala, vključno z njegovo nastavljivostjo.

"Nastavljivi dielektrični materiali so bili v središču preiskave v moji skupini na UCSB od konca devetdesetih let, " je dejal York. "Toda kljub napredku, ki smo ga zgodaj zgodili, smo dosledno tekli proti omejitvam materialov, ki so bili slabo razumljeni. To delo pomaga bolje razumeti te omejitve in prepoznati možne rešitve."

menu
menu