לאחר מחסום ביצועים, quirk חומר יכול לשפר את התקשורת

Ken Jennings: Watson, Jeopardy and me, the obsolete know-it-all (יוני 2019).

Anonim

חוקרים החוקרים ולומדים את התנהגות החומרים ברמה האטומית גילו דרך להפוך חומר דק המשפר את זרימת אנרגיית המיקרוגל. ההתקדמות, שעשויה לשפר את התקשורת, שופכת אור חדש על תכונות מבניות, הנתפסות בדרך כלל כסטטיות ומכשולים, שכאשר הן נעשות דינמיות, הן למעשה המפתח ליכולת המיוחדת של החומר.

התגלית, המופיעה בכתב העת Nature, מראה כיצד קירות התחום - גבולות המתרחשים באופן טבעי, המפרידים בין אטומים לכיוונים שונים של עקירה יחסית, היוצרים דיפוליס בתוך חומר - יכולים למעשה להיות כניסה לגישה למגוון רחב בהרבה של תדרים אלקטרומגנטיים. גישה זו יכולה יום אחד להרחיב את טווח התדרים המשמשים כערוצי תקשורת.

בעיתון, חוקרים מאוניברסיטת דרקסל, אוניברסיטת בר-אילן, אוניברסיטת קליפורניה בברקלי, אוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה, מכון קרנגי למדעים ואוניברסיטת פנסילבניה הראו כיצד ניתן לתכנן חומר פרו-חשמלי באופן כזה קירות תחום ניתן להשתמש כדי לשדר מיקרוגל עם רמה גבוהה יותר של תדירות שליטה מאשר מכשירים ניידים אנו משתמשים כיום.

"כמו הביקוש הצרכני עבור התקשורת הניידת מגביר את הספקטרום האלחוטי זמין צפוף יותר ויותר טכנולוגיות חדשות נדרשים ליצור אנטנות, זריז תדר אנטנות", אמר רוברט יורק, פרופסור באוניברסיטת קליפורניה סנטה ברברה, מחבר שותף של העיתון. "חומרים דיאלקטריים מתכווננים יכולים להיות פתרון אפשרי".

שימוש בקירות תחום בתוך חומר כדי לשפר את איכות השידור שלה היא גישה בלתי צפויה במיוחד, כי נוכחותם של גבולות אלה נוטה מאוד להפחית את היכולת של החומר לעבור שדה אלקטרומגנטי מיקרוגל. עד כה, החומרים הסרט הטוב ביותר עבור העברת שדות אלקטרומגנטיים במכשירי רדיו תדר נחשבו בדרך כלל להיות חומרים קריסטל יחיד שאין להם רגעים קבועים dipole - שלא לדבר על הקירות תחום.

אבל צוות המחקר הפך את התפיסה של קירות תחום על ראשו על ידי יצירת חומר ferroelectric עם צפיפות גבוהה של קירות תחום, שיכולים להכות על גבי גבישים בודדים כשמדובר איכות שידור ו שידור.

הקבוצה מצאה כי קירות התחום של סרט דק של בריום סטרונציום titanate, חומר ferroelectric למד לעתים קרובות, לתפקד כמו מיתרים גיטרה רוטט להדהד יחד. במקום לקלוט או להפיג מיקרוגלים, נוכחותו של סבך צפוף, אך מסודר, של קירות תחום מתנדנד משפר למעשה את איכות השידור.

"אפילו גבישים בודדים בתפזורת באיכות גבוהה יותר, ללא דיפולות קבועות, ניתנות לאיפוס, יש הפסדים גבוהים יותר בתדרים גבוהים יותר, עקב הפרעות שנגרמו על ידי תנודות האטומים בסריג", אמר ג'ונתן שפנייר, פרופסור למדעי החומרים בדרקסל הוביל את המחקר. "חומרים הסרט עם dipoles קבוע בצורת קירות התחום, ואת ההפסד הוא הרבה יותר גרוע, אבל סרטים התומכים תנועה הפיכת הקיר מושלם ההתנהגות שלהם נדנוד להפתיע לשבור את המגמה ואת להדהד על מגוון רחב של תדרים."

לדברי החוקרים, "הקרבה של ונגישות בין thermodynamically חיזוי זן המושרה, ferroelectric קיר וריאנטים הקיר כדי להשיג gigahertz מיקרוגל tunability הפסד דיאלקטרי כי לעלות אלה עבור התקני הסרט הטוב ביותר הנוכחי על ידי 1-2 סדרי גודל, להשיג ערכים דומים כדי גבישים בודדים בתפזורת, אבל בחומר מתכוונן במהותו ", הם כותבים בעיתון.

המפתח לחריגה יוצאת דופן זו, על פי מחבר המחקר Zongquan Gu, מדען פוסט-דוקטורט בקבוצת המחקר של Spanier, הוא השפע של שלבים שונים, "הטמפרטורה המעבר פארואלקטרית המעבר מסמן את תחילת הסדר dipolar קבוע.שיא בדיאלקטרי רגישות, תכונה תרמודינמית הקשורה לגודל הקיבול, היא סימן ההיכר של המעבר ", אמר גו. "הנדסה חומר הסרט יש הרבה, יותר בקלות זמין" שלבים "ליד המעבר מאפשר לחומר להשיג קיבול קיבול הרבה יותר גבוה עם אותו מתח.

יחד עם Spanier, ג 'ו, ג' פרי שיאו, סטודנט לתואר ראשון ב Drexel, השיקה התיאוריה ואת המאמצים סימולציה לחיזוי של תחום עשבי הקיר נופי אנרגיה כדי לכוון את הייצור של תחום עשיר בריום סטרונציום סטריטום titanate הסרט. עם עמיתיו של Spanier בברקלי, בראשות ליין מרטין, פרופסור במדע החומרים, מנהיג בתחום הקירות ferroelectric הקירות המדע, גו גם עשה מאופיין הדגימות הראשונות של החומר, באמצעות תהליך המכונה הנדסת זן ליצור ריכוז צפוף של תחום קירות.

משם, משתפי פעולה מאוניברסיטת בר-אילן בישראל ובראשם איליה גרינברג, פרופסור לכימיה, הדמיכו את ההתנהגות הדינאמית של החומר האטומי של חומר הסרט המיוחד בערכים שונים של טמפרטורה, זן ושדה חשמלי, והשוו אותו עם זה "מושלמת" פרולקטרי ללא כל קירות תחום - אשר חשף את התנהגות יוצאת דופן של החומר.

זו יכולת כוונון פנימי, כלומר יכולות השידור מעולה של החומר לא דורשים כל שיפור חיצוני, אלקטרומכני, להפוך אותו מבטיח לשימוש במכשירי תקשורת, שבו גישה יעילה ספקטרום הוא חיוני.

ב UC סנטה ברברה, יורק, פרופסור להנדסת חשמל ומחשבים, ואת הדוקטורנט שלו סדריק מאיירס, מבודדים בדיקות אלקטרודה מבנים שאיפשר מדידה וניתוח של התגובה מיקרוגל תהודה מהדהד, כולל כוונון שלה.

"חומרים דיאלקטריים מתכווננים היו מוקד חקירה בקבוצה שלי ב- UCSB מאז סוף שנות ה -90", אמר יורק. "למרות התקדמות מסוימת בשלב מוקדם, רצינו בהתמדה נגד המגבלות של החומרים שהובנו בצורה גרועה, עבודה זו מסייעת להבין טוב יותר את המגבלות הללו ולזהות פתרונות אפשריים".

menu
menu