Elektromanyetik dalgaların en küçük ölçeklerdeki materyallerle nasıl etkileşime geçtiğini tahmin etmek

Anonim

UCLA Samueli mühendisleri, akıllı telefonlarda ve diğer iletişim cihazlarında kullanılan manyetik materyallerin, verileri taşıyan gelen radyo sinyalleriyle nasıl etkileşimde bulunduğunu modellemek için yeni bir araç geliştirdi. Bu etkileşimleri, son teknoloji iletişim teknolojilerini oluşturmak için gereken nanometre ölçeklerine doğru bir şekilde tahmin eder.

Bu araç, mühendislerin büyük miktarlarda veriyi daha hızlı ve daha az gürültü karışmasıyla iletebilen yeni radyo frekans tabanlı bileşen sınıfları tasarlamalarını sağlar. Gelecek kullanım vakaları arasında, vücuda yerleştirilebilen sağlık izleme cihazlarına akıllı telefonlar bulunmaktadır.

Manyetik materyaller kutupsal yönlerine göre birbirlerini çekebilir veya itebilirler - pozitif veya negatif uçlar birbirini çekerken, iki pozitif veya iki negatif itilir. Bir radyo dalgası gibi bir elektromanyetik sinyal bu gibi materyallerden geçtiğinde manyetik bir malzeme, istenen sinyallere izin vermek, ancak diğerlerini korumak için bir bekçi gibi davranır. Ayrıca sinyali yükseltebilir veya sinyalin hızını ve gücünü azaltabilirler.

Mühendisler, yıllardır iletişim teknolojilerinde kullanılan cihazları yapmak için "dalga-malzeme etkileşimleri" olarak adlandırılan bu ağ geçidi benzeri efektleri kullandılar. Örneğin, bunlar, istenmeyen sinyallerin gücünü baskılayarak gürültüyü azaltan belirli yönlerde veya frekans seçici sınırlayıcılarda sinyaller gönderen sirkülatörlerdir.

Mevcut tasarım araçları, manyetizmanın, implante edilebilir cihazlar gibi dinamik sistemlerde tam resmini çekecek kadar kapsamlı ve kesin değildir. Araçların tüketici elektroniği tasarımında da sınırları vardır.

"Yeni hesaplama aracımız, elektronik tasarımcılara, iletişim cihazlarında potansiyel malzemelerin en iyi şekilde nasıl kullanılacağını anlamaya yönelik net bir yol sunarak bu problemleri ele alıyor, " diyor Yuanxun "elektrik ve bilgisayar mühendisliği profesörü" araştırmayı yürüten "Ethan" Wang. "Dalga ve manyetik malzemenin özelliklerini takın ve kullanıcılar nanoölçek efektlerini hızlı ve doğru bir şekilde modelleyebilirler. Bildiğimiz kadarıyla, bu modeller dizisi, dinamik davranışı tahmin etmek için gerekli tüm kritik fiziği birleştiren ilk modeldir."

Çalışma, IEEE Mikrodalga Teorisi ve Teknikleri Üzerine İşlemler başlıklı 2018 Haziran sayısında basılmıştır.

Hesaplama aracı, elektrik ve manyetizmanın nasıl çalıştığını ve mıknatıslanmanın katı bir nesne içinde nasıl hareket ettiğini açıklayan Landau-Lifshitz-Gilbert denklemini açıklayan iyi bilinen Maxwell denklemlerini ortak olarak çözen bir yönteme dayanır.

Çalışmanın baş yazarı Zhi Yao, Wang'ın laboratuvarında doktora sonrası bir bilim adamıdır. Eş yazarlar, Wang'ın laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olan Rustu Umut Tok ve UCLA'da elektrik ve bilgisayar mühendisliği ve Elektrik Mühendisliği Northrop Grumman Kürsüsü'nden mezun olan Tatsuo Itoh. Itoh ayrıca Yao'nun ortak danışmanıdır.

Takım, çeşitli manyetik ve manyetik olmayan materyalleri hesaba katmak için aracı geliştirmek için çalışıyor. Bu gelişmeler, herhangi bir tür malzeme ile etkileşime giren her türlü elektromanyetik dalgayı hesaba katabilen "evrensel bir çözücü" haline getirebilir.

Wang'ın araştırma grubu geçtiğimiz günlerde ek malzeme özelliklerini de içerecek şekilde modelleme kapasitesini genişletmek için Savunma İleri Araştırma Projesi Ajansı'ndan 2.4 milyon dolarlık bir hibe aldı.

menu
menu