คาดการณ์ว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีปฏิสัมพันธ์กับวัสดุที่มีขนาดเล็กที่สุดอย่างไร

Anonim

วิศวกรของ UCLA Samueli ได้พัฒนาเครื่องมือใหม่ในการสร้างแบบจำลองว่าวัสดุแม่เหล็กที่ใช้ในสมาร์ทโฟนและอุปกรณ์สื่อสารอื่น ๆ โต้ตอบกับสัญญาณวิทยุขาเข้าที่มีข้อมูลอยู่ มันถูกต้องคาดการณ์การโต้ตอบเหล่านี้ลงไปที่เครื่องชั่งนาโนเมตรที่จำเป็นในการสร้างเทคโนโลยีการสื่อสารอันล้ำสมัย

เครื่องมือนี้ช่วยให้วิศวกรสามารถออกแบบคลาสใหม่สำหรับส่วนประกอบความถี่วิทยุที่สามารถส่งข้อมูลจำนวนมากได้อย่างรวดเร็วและมีสัญญาณรบกวนน้อยลง กรณีการใช้งานในอนาคต ได้แก่ มาร์ทโฟนในอุปกรณ์ตรวจสุขภาพที่สอดใส่ได้

วัสดุแม่เหล็กสามารถดึงดูดหรือผลักดันซึ่งกันและกันตามแนวปลายขั้วโลกบวกและด้านลบดึงดูดกันและกันในขณะที่สองจุดบวกหรือสองเชิงลบจะขับไล่ เมื่อสัญญาณคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นคลื่นวิทยุผ่านวัสดุดังกล่าววัสดุแม่เหล็กจะทำหน้าที่เหมือนคนเฝ้าประตูปล่อยสัญญาณที่ต้องการ แต่ไม่ให้คนอื่นออก พวกเขายังสามารถขยายสัญญาณหรือชุบความเร็วและความแรงของสัญญาณ

วิศวกรได้ใช้เทคนิคการทำงานแบบกันดารเหล่านี้เรียกว่า "wave-material interactions" เพื่อทำให้อุปกรณ์ที่ใช้ในเทคโนโลยีการสื่อสารมานานหลายทศวรรษ ตัวอย่างเช่นตัวหมุนเวียนที่ส่งสัญญาณในทิศทางที่เฉพาะเจาะจงหรือตัว จำกัด ความถี่ที่สามารถลดความถี่ได้โดยลดความแรงของสัญญาณที่ไม่พึงประสงค์

เครื่องมือการออกแบบปัจจุบันไม่ครอบคลุมและแม่นยำเพียงพอที่จะจับภาพภาพรวมของสนามแม่เหล็กในระบบไดนามิกเช่นอุปกรณ์ฝังตัว เครื่องมือยังมีข้อ จำกัด ในการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค

Yuanxun "Ethan" Wang, ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ซึ่งเป็นผู้นำในการค้นคว้า, กล่าวว่า "เครื่องมือคำนวณใหม่ของเราช่วยแก้ปัญหาเหล่านี้ได้โดยการให้นักออกแบบอิเล็กทรอนิกส์เป็นแนวทางที่ชัดเจนในการหาวิธีการใช้วัสดุที่มีศักยภาพในการใช้อุปกรณ์สื่อสารได้ดีที่สุด" "เชื่อมต่อลักษณะของคลื่นและวัสดุแม่เหล็กและผู้ใช้สามารถจำลองลักษณะของนาโนได้อย่างรวดเร็วและถูกต้องตามความรู้ของเราชุดรูปแบบนี้เป็นครั้งแรกที่นำเอาฟิสิกส์ที่สำคัญทั้งหมดที่จำเป็นในการทำนายพฤติกรรมแบบไดนามิก"

การศึกษาได้ตีพิมพ์ในฉบับพิมพ์มิถุนายนมิถุนายนของ IEEE การทำธุรกรรมเกี่ยวกับทฤษฎีและเทคนิคไมโครเวฟ

เครื่องมือคำนวณจะขึ้นอยู่กับวิธีการที่ร่วมกันแก้สมการ Maxwell ที่รู้จักกันดีซึ่งอธิบายถึงวิธีการทำงานของกระแสไฟฟ้าและแม่เหล็กและสมการของ Landau-Lifshitz-Gilbert ซึ่งจะอธิบายถึงการเคลื่อนที่ของแรงใจภายในวัตถุทึบ

ผู้เขียนนำ Zhi Yao เป็นนักวิชาการหลังปริญญาเอกในห้องปฏิบัติการของ Wang ผู้ร่วมวิจัยคือ Rustu Umut Tok, นักวิชาการหลังปริญญาเอกในห้องปฏิบัติการของ Wang และ Tatsuo Itoh ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ที่ UCLA และ Northrop Grumman Chair in Electrical Engineering โอโอะยังเป็นที่ปรึกษาของเย้า

ทีมกำลังทำงานเพื่อปรับปรุงเครื่องมือในการพิจารณาวัสดุแม่เหล็กและวัสดุที่ไม่ใช่แม่เหล็กหลายประเภท การปรับปรุงเหล่านี้อาจนำไปสู่การเป็น "นักแก้ปัญหาสากล" ซึ่งสามารถอธิบายประเภทของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดใด ๆ ที่มีปฏิสัมพันธ์กับวัสดุประเภทใดก็ได้

กลุ่มวิจัยของวังเพิ่งได้รับเงินสนับสนุนจำนวน 2.4 ล้านเหรียญจากสำนักงานโครงการวิจัยขั้นสูงของกระทรวงกลาโหมเพื่อขยายขีดความสามารถในการสร้างแบบจำลองของเครื่องมือเพื่อรวมคุณสมบัติของวัสดุเพิ่มเติม

menu
menu