Předpovídat, jak elektromagnetické vlny komunikují s materiály v nejmenších měřítkách

ДОКЛАД ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА. ВИДЕО-ВЕРСИЯ. ALLATRA SCIENCE (Smět 2019).

Anonim

Inženýři společnosti UCLA Samueli vyvinuli nový nástroj, který modeluje, jak magnetické materiály, které se používají v smartphonech a jiných komunikačních zařízeních, komunikují s příchozími rádiovými signály, které přenášejí data. Přesně předpovídá tyto interakce až do nanometrických stupnic potřebných pro vybudování nejmodernějších komunikačních technologií.

Tento nástroj umožňuje inženýrům navrhnout nové třídy komponentů založených na rádiových frekvencích, které jsou schopné rychleji přenášet velké množství dat a s menším rušením hluku. Případy budoucího použití zahrnují inteligentní telefony k implantabilním zařízením pro monitorování zdraví.

Magnetické materiály se mohou navzájem přitahovat nebo odpuzovat na základě jejich polární orientace - pozitivní a negativní konce se navzájem přitahují, zatímco dvě pozitivní nebo dvě negativní odpuzují. Když elektromagnetický signál jako rádiová vlna prochází těmito materiály, magnetický materiál se chová jako vrátný, nechává signály, které jsou požadované, ale udržuje ostatní. Mohou také zesílit signál nebo tlumit rychlost a sílu signálu.

Inženýři používají tyto efekty podobné gatekeeperu, nazývané "interakce vln-materiálů", aby se zařízení používala v komunikačních technologiích po celá desetiletí. Jedná se například o oběhové čerpadlo, které vysílají signály ve specifických směrech nebo omezením selekčních kmitočtů, které snižují hluk potlačením síly nežádoucích signálů.

Dosavadní návrhové nástroje nejsou dostatečně podrobné a přesné, aby zachytily úplný obraz magnetismu v dynamických systémech, jako jsou implantovatelná zařízení. Nástroje mají také limity v konstrukci spotřební elektroniky.

"Náš nový výpočetní nástroj řeší tyto problémy tím, že dává elektronickým návrhářům jasnou cestu k tomu, jak by potenciální materiály měly být nejlépe využívány v komunikačních zařízeních, " řekl Yuanxun "Ethan" Wang, profesor elektrotechniky a výpočetní techniky, kteří vedli výzkum. "Připojte charakteristiky vln a magnetického materiálu a uživatelé mohou snadno modelovat efekty nanometrů rychle a přesně. Podle našich znalostí je tato sada modelů první, která zahrnuje všechny kritické fyzikální faktory potřebné k předpovědi dynamického chování."

Studie byla publikována v červnu 2018 tiskové vydání IEEE Transakce na mikrovlnné teorie a techniky.

Výpočetní nástroj je založen na metodě, která společně řeší známé Maxwellovy rovnice, které popisují fungování elektřiny a magnetismu a Landau-Lifshitzovou-Gilbertovu rovnici, která popisuje, jak se magnetizace pohybuje uvnitř pevného objektu.

Studijní vedoucí autor Zhi Yao je postdoktorální učenec ve Wangově laboratoři. Spoluautoři jsou Rustu Umut Tok, postdoctorální učenec ve Wangově laboratoři a Tatsuo Itoh, významný profesor elektrického a počítačového inženýrství v UCLA a předsedkyně Northrop Grumman v elektrotechnice. Itoh je také Yaoiným poradcem.

Tým pracuje na zdokonalení nástroje pro účtování více typů magnetických a nemagnetických materiálů. Tato vylepšení by mohla vést k tomu, že se stane "univerzálním řešitelem", schopným vysvětlit jakýkoli druh elektromagnetické vlny interagující s jakýmkoliv typem materiálu.

Wangova výzkumná skupina nedávno získala grant od agentury Advanced Advanced Research Project ve výši 2, 4 milionu dolarů, aby rozšířila modelovací kapacitu nástroje tak, aby zahrnovala další materiálové vlastnosti.

menu
menu