Predvidevanje, kako elektromagnetni valovi interakcijo z materiali na najmanjših lestvicah

Anonim

UCLA Samueli inženirji so razvili novo orodje za modeliranje, kako se magnetni materiali, ki se uporabljajo v pametnih telefonih in drugih komunikacijskih napravah, komunicirajo z dohodnimi radijskimi signali, ki prenašajo podatke. Natančno napoveduje te interakcije do nanometrskih lestvic, ki so potrebne za izgradnjo najsodobnejših komunikacijskih tehnologij.

Orodje omogoča inženirjem, da oblikujejo nove razrede komponent, ki temeljijo na radijskih frekvencah, ki lahko hitreje prenašajo velike količine podatkov in z manj zvočno motnjo. Prihodnje primere uporabe vključujejo pametne telefone za vsadljive naprave za spremljanje zdravja.

Magnetni materiali se lahko privlačijo ali odbijajo drug na drugega glede na svojo polarno usmerjenost, pozitivni in negativni cilji se privlačijo, medtem ko se odbijajo dva pozitivna ali dva negativna. Kadar elektromagnetni signal, kot je radijski val, prehaja skozi takšne materiale, magnetni material deluje kot vratar, ki pusti v želenih signalih, vendar zadrži druge. Lahko tudi ojačijo signal ali zmanjšajo hitrost in moč signala.

Inženirji so uporabili te učinke, podobne vratarjem, imenovane "medsebojni vplivi valovnih snovi", da bi naprave, ki se uporabljajo v komunikacijskih tehnologijah, desetletja. Na primer, ti vključujejo krožnike, ki pošiljajo signale v določenih smereh ali omejujejo frekvenčne selektivne omejitve, ki zmanjšujejo šum, tako da zavirajo moč neželenih signalov.

Današnja orodja za načrtovanje niso izčrpna in natančna, da zajamejo celotno sliko magnetizma v dinamičnih sistemih, kot so vsadljive naprave. Orodja imajo tudi omejitve pri oblikovanju potrošniške elektronike.

"Naše novo računalniško orodje rešuje te probleme tako, da oblikovalce elektronike postane jasno pot do ugotovitve, kako bi se potencialni materiali najbolje uporabljali v komunikacijskih napravah, " je dejal Yuanxun "Ethan" Wang, profesor elektrotehnike in računalništva, ki je vodil raziskavo. "Priključite značilnosti valov in magnetnega materiala, uporabnike pa lahko hitro in natančno izmerite nanosne učinke. Po našem znanju je ta nabor modelov prvi, ki vključuje vse kritične fizike, potrebne za napovedovanje dinamičnega vedenja."

Študija je bila objavljena v tiskani izdaji IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques junija 2018.

Računsko orodje temelji na metodi, ki skupaj rešuje dobro znane Maxwellove enačbe, ki opisujejo delovanje elektrike in magnetizma ter enačbo Landau-Lifshitz-Gilbert, ki opisuje, kako se magnetizacija premika znotraj trdnega objekta.

Vodilni avtor študije Zhi Yao je podoktorski učenjak v laboratoriju Wang. Soustvarjalci so Rustu Umut Tok, podoktorski učenjak v Wangovem laboratoriju, in Tatsuo Itoh, ugledni profesor elektrotehnike in računalništva na UCLA in katedrala Northrop Grumman iz elektrotehnike. Itoh je tudi Yaoov sovjetnik.

Ekipa si prizadeva za izboljšanje orodja za računanje več vrst magnetnih in nemagnetnih materialov. Te izboljšave bi lahko pripeljale do tega, da bi postala "univerzalna rešitev", ki bi lahko upoštevala vse vrste elektromagnetnih valov, ki so v stiku z vsemi vrstami materialov.

Wangova raziskovalna skupina je pred kratkim prejela subvencijo v višini 2, 4 milijona dolarjev od Agencije za raziskovalne projekte za obrambo, da bi razširila zmogljivost modeliranja orodja in vključila dodatne lastnosti materiala.

menu
menu