Przewidywanie, w jaki sposób fale elektromagnetyczne współdziałają z materiałami w najmniejszej skali

Spotkanie z W. Dieminem w Perm 15 luty 2013 NAPISY PL (Lipiec 2019).

Anonim

Inżynierowie UCLA Samueli opracowali nowe narzędzie do modelowania, w jaki sposób materiały magnetyczne, które są używane w smartfonach i innych urządzeniach komunikacyjnych, wchodzą w interakcje z przychodzącymi sygnałami radiowymi, które przenoszą dane. Dokładnie przewiduje te interakcje do nanometrów wymaganych do budowy najnowocześniejszych technologii komunikacyjnych.

Narzędzie pozwala inżynierom projektować nowe klasy komponentów opartych na częstotliwości radiowej, które są w stanie szybciej transportować duże ilości danych i przy mniejszych zakłóceniach. Przyszłe przypadki użycia obejmują smartfony do wszczepialnych urządzeń do monitorowania zdrowia.

Materiały magnetyczne mogą przyciągać lub odpychać się nawzajem w oparciu o ich polarną orientację - pozytywne i negatywne końce przyciągają się nawzajem, podczas gdy dwa pozytywy lub dwa negatywy odpychają się. Kiedy sygnał elektromagnetyczny, taki jak fala radiowa, przechodzi przez takie materiały, materiał magnetyczny działa jak strażnik, pozwalając na sygnały, które są pożądane, ale powstrzymując innych. Mogą również wzmacniać sygnał lub tłumić szybkość i siłę sygnału.

Inżynierowie użyli tych efektów podobnych do strażników, zwanych "interakcjami fala-materiał", aby od dziesięcioleci używać urządzeń w technologiach komunikacyjnych. Na przykład, obejmują one cyrkulatory, które wysyłają sygnały w określonych kierunkach lub ograniczniki selektywne częstotliwościowo, które zmniejszają szum poprzez tłumienie siły niepożądanych sygnałów.

Obecne narzędzia projektowe nie są kompleksowe i wystarczająco precyzyjne, aby uchwycić pełny obraz magnetyzmu w dynamicznych systemach, takich jak urządzenia do implantacji. Narzędzia mają także ograniczenia w projektowaniu elektroniki użytkowej.

"Nasze nowe narzędzie obliczeniowe rozwiązuje te problemy, dając projektantom elektroniki jasną ścieżkę w kierunku ustalenia, w jaki sposób można wykorzystać najlepsze materiały w urządzeniach komunikacyjnych" - powiedział Yanxun "Ethan" Wang, profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej, który kierował badaniami. "Włącz charakterystykę fali i materiału magnetycznego, a użytkownicy mogą szybko i dokładnie modelować efekty nanoskalowe. Według naszej wiedzy, ten zestaw modeli jest pierwszym, który zawiera wszystkie krytyczne fizyki niezbędne do przewidywania dynamicznych zachowań."

Badanie opublikowano w czerwcowym wydaniu druku IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques.

Narzędzie obliczeniowe opiera się na metodzie, która wspólnie rozwiązuje dobrze znane równania Maxwella, które opisują, jak działa elektryczność i magnetyzm oraz równanie Landau-Lifshitza-Gilberta, które opisuje, jak magnetyzacja przemieszcza się wewnątrz stałego obiektu.

Główny autor badania, Zhi Yao, jest podopiecznym w laboratorium Wanga. Współautorami są Rustu Umut Tok, doktor habilitowany w laboratorium Wanga i Tatsuo Itoh, wybitny profesor inżynierii elektrycznej i komputerowej w UCLA oraz Katedry Inżynierii Elektrycznej Northrop Grumman. Itoh jest także współ-doradcą Yao.

Zespół pracuje nad udoskonaleniem narzędzia, aby uwzględnić wiele rodzajów materiałów magnetycznych i niemagnetycznych. Ulepszenia te mogą sprawić, że stanie się on "uniwersalnym rozwiązaniem", będącym w stanie uwzględnić każdy rodzaj fali elektromagnetycznej oddziałującej z dowolnym rodzajem materiału.

Grupa badawcza Wanga otrzymała niedawno dotację w wysokości 2, 4 miliona USD od Agencji Zaawansowanych Badań Zaawansowanych Obrony w celu rozszerzenia możliwości modelowania narzędzi o dodatkowe właściwości materiałowe.

menu
menu