Forutsi hvordan elektromagnetiske bølger interagerer med materialer ved minste skalaer

Anonim

UCLA Samueli-ingeniører har utviklet et nytt verktøy for å modellere hvordan magnetiske materialer, som brukes i smarttelefoner og andre kommunikasjonsenheter, samhandler med innkommende radiosignaler som bærer data. Det forutsier nøyaktig disse interaksjonene ned til nanometerskalaene som kreves for å bygge opp moderne kommunikasjonsteknologi.

Verktøyet tillater ingeniører å designe nye klasser av radiofrekvensbaserte komponenter som er i stand til å transportere store mengder data raskere, og med mindre støyinterferens. Fremtidige brukstilfeller inkluderer smartphones til implanterbare helseovervåkingsenheter.

Magnetiske materialer kan tiltrekke seg eller avstøte hverandre basert på deres polære orienterings-positive og negative ender tiltrekker hverandre, mens to positive eller to negative avviser. Når et elektromagnetisk signal som en radiobølge passerer gjennom slike materialer, virker et magnetisk materiale som en gatekeeper, slik at signalene blir ønsket, men holder ut andre. De kan også forsterke signalet, eller dempe signalets hastighet og styrke.

Ingeniører har brukt disse gatekeeper-lignende effektene, kalt "bølgemateriale-interaksjoner", for å gjøre enheter brukt i kommunikasjonsteknologi i flere tiår. Disse inkluderer for eksempel sirkulatorer som sender signaler i bestemte retninger eller frekvensselektive begrensere som reduserer støy ved å undertrykke styrken av uønskede signaler.

Nåværende designverktøy er ikke omfattende og presis nok til å fange det komplette bildet av magnetisme i dynamiske systemer, for eksempel implanterbare enheter. Verktøyene har også begrensninger i utformingen av forbrukerelektronikk.

"Vårt nye beregningsverktøy retter seg mot disse problemene ved å gi elektronikkdesignere en klar vei mot å finne frem til hvordan potensielle materialer vil bli best brukt i kommunikasjonsenheter, sier Yuanxun" Ethan "Wang, professor i elektroteknikk og datateknikk som ledet forskningen. "Plugg inn egenskapene til bølgen og det magnetiske materialet, og brukerne kan enkelt og raskt modellere nanoskalaeffekter. Etter vår kunnskap er dette settet av modeller den første til å inkorporere all kritisk fysikk som er nødvendig for å forutsi dynamisk oppførsel."

Studien ble publisert i juni 2018-utgaven av IEEE-transaksjoner på mikrobølgeeteori og -teknikker .

Beregningsverktøyet er basert på en metode som i fellesskap løser velkjente Maxwells ligninger, som beskriver hvordan elektrisitet og magnetisme fungerer og Landau-Lifshitz-Gilbert-ligningen, som beskriver hvordan magnetisering beveger seg inne i et solidt objekt.

Studiens hovedforfatter Zhi Yao er en postdoktor i Wangs laboratorium. Medforfattere er Rustu Umut Tok, en postdoktor i Wangs laboratorium, og Tatsuo Itoh, en fremtredende professor innen elektroteknikk og datateknikk ved UCLA og Northrop Grumman-stolen innen elektroteknikk. Itoh er også Yao's medrådgiver.

Teamet arbeider for å forbedre verktøyet for å ta hensyn til flere typer magnetiske og ikke-magnetiske materialer. Disse forbedringene kan føre til at det blir en "universell løsningsmiddel" som er i stand til å redegjøre for hvilken type elektromagnetisk bølge som virker som en hvilken som helst type materiale.

Wangs forskergruppe mottok nylig et tilskudd på 2, 4 millioner dollar fra Forsvarsforskningsprosjektet Agency for å utvide verktøyets modelleringskapasitet for å inkludere ytterligere materialegenskaper.

menu
menu