Ennustada, kuidas elektromagnetlained mõjutavad materjali väikseima skaalaga

"Kuidas ennustatakse ilma?" (Aprill 2019).

Anonim

UCLA Samueli insenerid on välja töötanud uue tööriista, et modelleerida, kuidas nutitelefonides ja muudes sidevahendites kasutatavaid magnetilisi materjale interakteerub andmetesse sisenevate raadiosignaalidega. See täpselt ennustab neid vastasmõjusid nanomeetri skaaladele, mis on vajalikud state-of-the-art sidetehnoloogiate rajamiseks.

Tööriist võimaldab inseneridel luua raadiosageduslike komponentide uusi klasse, mis suudavad suuremahuliste andmete transportimist kiiremini ja müra vähem häirida. Tulevased kasutamisjuhtumid hõlmavad implanteeritavate tervise jälgimisseadmete nutitelefoni.

Magnetilised materjalid võivad üksteisega libistada või tõrjuda, tuginedes nende polaarsuunalisele positiivsele ja negatiivsele otsale, meelitada üksteist, samal ajal kui kaks positiivset või kahte negatiivset tagasitulekut. Kui sellised materjalid läbivad elektromagnetilise signaali nagu raadiolaine, toimib magnetilise materjalina gatekeeper, jättes soovitud signaalid, kuid hoides ära teisi. Nad võivad signaali võimendada või nõrgendada signaali kiirust ja tugevust.

Insenerid on kasutanud neid gatekeeper-sarnaseid efekte, mida nimetatakse "laine-materjali interaktsiooniks", et muuta sidetehnoloogiasse aastakümnete jooksul kasutatavaid seadmeid. Näiteks hõlmavad need ringluspumpasid, mis saadavad signaale teatud suundades või sagedusribas piirajaid, mis vähendavad müra soovimatute signaalide tugevuse summutamise teel.

Praegused kujundusvahendid ei ole küllaldased ja täpsed, et kajastada dünaamilistes süsteemides, näiteks implanteeritavates seadmetes, magnetismi täielikku pilti. Tööriistadel on ka tarbeelektroonika kujundamisel piirangud.

"Meie uus arvutusvahend aitab neid probleeme lahendada, andes elektroonikutöötajatele selge viisi, kuidas välja selgitada, kuidas potentsiaalseid materjale sidevahendites kõige paremini kasutada, " ütles Yuanxun "Ethan" Wang, teaduse juhtiv elektri- ja arvutitehnoloogia professor. "Lülitage laine ja magnetmaterjali omadused sisse ja kasutajad saavad kergesti ja täpselt nanoskaaliefekti modelleerida. Meie teadmised näitavad, et see mudelikomplekt on esimene, mis sisaldab dünaamilise käitumise prognoosimiseks vajalikku kriitilist füüsikat."

Uuring avaldati 2018. aasta juuni trükises "Mikrolaineteooria ja -tehnika " IEEE-tehingutega.

Arvutamisvahend põhineb meetodil, mis lahendab ühiselt tuntud Maxwelli võrrandid, milles kirjeldatakse elektri- ja magnetismi toimimist ning Landau-Lifshitz-Gilberti võrrandit, milles kirjeldatakse, kuidas magnetisatsioon liigub tahke objekti sisse.

Uuringu juhtiv autor Zhi Yao on Wangi laboris postdoktori teadlane. Kaasautorid on Wangi laboris doktorikraadiga Rustu Umut Tok ja UCLA elektri- ja arvutitehnoloogia juhtiv professor Tatsuo Itoh ning elektrotehnika õppetool Northrop Grummani õppetool. Itoh on ka Yao kaasautor.

Meeskond püüab parandada tööriista mitut tüüpi magnetiliste ja mittemagnetiliste materjalide jaoks. Need täiustused võivad viia selleni, et see muutub "universaalseks lahenduseks", mis suudab arvestada igat liiki elektromagnetiliste lainetega, mis interakteeruvad mis tahes tüüpi materjalidega.

Hiljuti sai Wangi uurimisgrupp kaitseministeeriumi Advanced Research Project Agency'ilt abi 2, 4 miljoni euro ulatuses, et laiendada tööriista modelleerimisvõimet lisamaterjalide omaduste lisamiseks.

menu
menu