เมื่อมีอุปสรรคด้านประสิทธิภาพการเปลี่ยนแปลงทางด้านการสื่อสารโทรคมนาคม

Anonim

นักวิจัยที่ศึกษาและจัดการกับพฤติกรรมของวัสดุในระดับอะตอมได้ค้นพบวิธีที่จะทำให้วัสดุบาง ๆ ที่ช่วยเพิ่มการไหลของพลังงานไมโครเวฟ ความก้าวหน้าซึ่งสามารถปรับปรุงด้านการสื่อสารโทรคมนาคมทำให้เกิดแสงใหม่ ๆ เกี่ยวกับลักษณะโครงสร้างโดยทั่วไปถือว่าเป็นแบบคงที่และเป็นอุปสรรคที่เมื่อทำเป็นพลวัตเป็นกุญแจสำคัญในความสามารถพิเศษของวัสดุ

การค้นพบซึ่งได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature ได้แสดงให้เห็นว่าผนังโดเมนเกิดจากเขตแดนที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติการแยกอะตอมที่มีทิศทางการเคลื่อนที่แบบสัมพัทธ์ที่แตกต่างกันออกไปซึ่งจะทำให้เกิดไดโพลภายในวัสดุซึ่งอาจเป็นทางเข้าสำหรับการเข้าถึงช่วงคลื่นความถี่แม่เหล็กไฟฟ้าที่กว้างขึ้น การเข้าถึงครั้งนี้อาจขยายขอบเขตความถี่ที่ใช้เป็นช่องทางการสื่อสาร

ในบทความนี้นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Drexel, Bar-Ilan University ในประเทศอิสราเอลมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่ Berkeley มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนียที่ซานตาบาร์บาร่าสถาบันคาร์เนกีวิทยาศาสตร์และมหาวิทยาลัยเพนซิลวาเนียได้แสดงให้เห็นว่าสามารถออกแบบวัสดุที่เป็นเหล็ก ferroelectric ได้อย่างไร ในลักษณะที่ผนังโดเมนสามารถใช้ในการส่งไมโครเวฟที่มีระดับความถี่ในการควบคุมความถี่สูงกว่าอุปกรณ์เคลื่อนที่ที่เราใช้อยู่ในปัจจุบัน

โรเบิร์ตยอร์กศาสตราจารย์จาก UC Santa Barbara และผู้ร่วมเขียนรายงานกล่าวว่า "ในขณะที่ความต้องการของผู้บริโภคสำหรับการสื่อสารเคลื่อนที่เพิ่มความถี่คลื่นวิทยุที่มีอยู่มากขึ้นเรื่อย ๆ และจำเป็นต้องใช้เทคโนโลยีใหม่เพื่อสร้างเสาอากาศแบบปรับตัวได้ความถี่และเปรียว วัสดุอิเล็กทริกแบบปรับตัวได้อาจเป็นทางออกที่อาจเกิดขึ้นได้

การใช้ผนังโดเมนภายในวัสดุเพื่อเพิ่มคุณภาพการส่งผ่านเป็นวิธีที่ไม่คาดคิดโดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากการปรากฏตัวของขอบเขตเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะลดความสามารถของวัสดุในการส่งผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้าไมโครเวฟลง จนถึงขณะนี้วัสดุฟิล์มที่ดีที่สุดสำหรับการส่งคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในอุปกรณ์ความถี่วิทยุโดยทั่วไปถือว่าเป็นวัสดุที่มีคริสตัลเดียวที่ไม่มีช่วงไดโพลถาวร

แต่ทีมนักวิจัยหันมารับรู้เรื่องนี้เกี่ยวกับกำแพงเมืองบนศีรษะโดยการสร้างวัสดุที่มีความหนาแน่นสูงของผนังโดเมนซึ่งสามารถสร้างผลึกได้ดีกว่าคริสตัลเดี่ยวเมื่อมีการปรับแต่งและส่งผ่านคุณภาพ

กลุ่มพบว่าผนังโดเมนของฟิล์มบางแบเรียมสตรอนเทียมไททาเนตซึ่งเป็นวัสดุที่ทำจากเหล็กกล้าที่ศึกษาอยู่บ่อยๆทำหน้าที่เหมือนสายกีตาร์ที่สั่นสะเทือนซึ่งสอดคล้องกัน แทนที่จะดูดซับหรือกระเจิงไมโครเวฟการมีผนังหนาแน่น แต่มีคำสั่งให้ความหนาแน่นของผนังของห้องสั่นช่วยเพิ่มคุณภาพของการส่งผ่าน

"โจนาธาน Spanier ศาสตราจารย์ด้านวัสดุศาสตร์แห่ง Drexel กล่าวว่าแม้ผลึกเดี่ยวขนาดใหญ่ที่มีคุณภาพดีที่สุดที่ไม่มีตัวขับเคลื่อนแบบถาวรจะมีการสูญเสียที่สูงขึ้นเนื่องจากมีการรบกวนที่เกิดจากการสั่นสะเทือนของอะตอมในตาข่าย นำการวิจัย "วัสดุฟิล์มที่มี dipoles ถาวรสร้างผนังโดเมนและความสูญเสียแย่กว่ามาก แต่ภาพยนตร์ที่สนับสนุนการเคลื่อนไหวของโดเมนแบบย้อนกลับและพฤติกรรมการสั่นของพวกเขาจะทำให้แนวโน้มดังกล่าวมีแนวโน้มลดลงและสะท้อนความหลากหลายในความถี่"

นักวิจัยกล่าวว่า "ความใกล้ชิดและความสามารถในการเข้าถึงของ thermodynamically predicted strain-induced, ferroelectric wall wariants เพื่อให้เกิดการแปรปรวนของไมโครเวฟแบบกิกะเฮิรตซ์และการสูญเสียอิเลคทริกที่เกินกว่าเกณฑ์สำหรับอุปกรณ์ฟิล์มที่ดีที่สุดในปัจจุบันโดยมีขนาด 1-2 คำสั่งซึ่งมีค่าใกล้เคียงกัน เป็นผลึกเดี่ยวจำนวนมาก แต่ในวัสดุที่ปรับได้อยู่ภายใน "พวกเขาเขียนลงในกระดาษ

ตามที่ผู้เขียนร่วม Zongquan Gu นักวิทยาศาสตร์ดุษฏีบัณฑิตในกลุ่มวิจัยของ Spanier กล่าวว่าความเข้มข้นของเฟสที่แตกต่างกัน "อุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสโซลีนของ ferroelectric เป็นจุดเริ่มต้นของการสั่งซื้อแบบสองทิศทางแบบถาวรยอดอิเล็กทริก ความอ่อนแอคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ที่เกี่ยวข้องกับความจุของตัวเก็บประจุคือจุดเด่นของการเปลี่ยนแปลง "Gu กล่าว "การออกแบบวัสดุฟิล์มเพื่อให้ 'เฟส' จำนวนมากที่อยู่ใกล้การเปลี่ยนแปลงทำให้วัสดุสามารถรับการปรับค่าความจุได้มากขึ้นด้วยแรงดันไฟฟ้าเดียวกัน"

พร้อมกับ Spanier, Gu และ Geoffrey Xiao นักศึกษาระดับปริญญาตรีที่ Drexel ได้เปิดตัวทฤษฎีและความพยายามในการจำลองสำหรับการทำนายของภูมิทัศน์ด้านพลังงานที่อุดมไปด้วยผนังโดเมนเพื่อช่วยในการผลิตภาพยนตร์แบเรียมสตรอนเทียมไททาเนตที่เต็มไปด้วยผนังของโดเมน กับเพื่อนร่วมงานของ Spanier ที่ Berkeley นำโดยเลนมาร์ตินศาสตราจารย์ด้านวัสดุศาสตร์ซึ่งเป็นผู้นำด้านวิทยาศาสตร์ภาพยนตร์เรื่องผนัง ferroelectric Gu ได้สร้างและทำเป็นตัวอย่างตัวอย่างแรกของวัสดุโดยใช้กระบวนการที่เรียกว่าวิศวกรรมความเครียดเพื่อสร้างความหนาแน่นของโดเมน ผนัง

จากนั้นผู้ทำงานร่วมกันจาก Bar-Ilan University ในประเทศอิสราเอลนำโดย Ilya Grinberg ศาสตราจารย์ด้านเคมีจำลองพฤติกรรมแบบไดนามิกของอะตอมในวัสดุฟิล์มพิเศษที่ค่าอุณหภูมิความเครียดและสนามไฟฟ้าแตกต่างกันเปรียบเทียบกับค่าที่วัดได้ คริสตัล ferroelectric "สมบูรณ์แบบ" ไม่มีผนังโดเมนซึ่งแสดงถึงพฤติกรรมพิเศษของวัสดุ

ความสามารถในการรับส่งข้อมูลที่แท้จริงนี้หมายถึงความสามารถในการส่งข้อมูลที่ยอดเยี่ยมของวัสดุไม่จำเป็นต้องมีการเพิ่มประสิทธิภาพด้านระบบไฟฟ้าภายนอกทำให้มีแนวโน้มสำหรับการใช้งานในอุปกรณ์สื่อสารซึ่งจำเป็นต่อการเข้าถึงคลื่นความถี่ที่มีประสิทธิภาพ

ที่ UC Santa Barbara, York ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์และนักศึกษาระดับปริญญาเอกของเขา Cedric Meyers ได้สร้างโครงสร้างการทดสอบขั้วไฟฟ้าซึ่งช่วยในการวัดและวิเคราะห์การตอบสนองต่อไมโครเวฟของเรโซแนนซ์

"วัสดุอิเล็กทริกแบบปรับตัวได้เป็นส่วนสำคัญของการตรวจสอบในกลุ่มของฉันที่ UCSB ตั้งแต่ช่วงปลายทศวรรษ 1990" York กล่าว "แม้ว่าจะมีความคืบหน้าในช่วงต้น แต่เราก็ยังคงวิ่งขึ้นมาอย่างไม่หยุดยั้งต่อข้อ จำกัด ของวัสดุที่เข้าใจได้ไม่ดีงานนี้ช่วยให้เข้าใจข้อ จำกัด เหล่านี้ได้ดีขึ้นและเพื่อระบุแนวทางที่อาจเป็นไปได้"

menu
menu