Viritettäviä eristeitä mikroaalloille

Viritettäviä mikroaaltojen eristeitä tutkitaan yhä enemmän nykyaikaisten televiestintäjärjestelmien tiukkojen vaatimusten täyttämiseksi.

Näistä ferroelektriset materiaalit, jotka tunnetaan sähkökentästä riippuvasta dielektrisestä permittiivisyydestään, ovat erityisen houkuttelevia sähköisesti viritettävissä sovelluksissa.

Lontoon Queen Mary yliopiston tutkimusryhmä on löytänyt uuden tavan suunnitella ohuita kalvoja, jotka voivat "virittää" itseään paljon tehokkaammin kuin olemassa olevat materiaalit, mikä tekee niistä erittäin herkkiä ja tehokkaita.

Tähän asti tiedemiehet ovat kohdanneet kompromissin materiaalien viritettävyyden ja energiatehokkuuden välillä, mutta tämä uusi lähestymistapa rikkoo tämän kompromissin tekemällä materiaalista mukautuvan energiaa tuhlaamatta.

Testeissä uusi materiaali osoitti epätavallisen korkeaa "viritettävyyttä". Mikroaaltojen dielektrinen viritettävyys oli poikkeuksellisen hyvä, noin 74 % 6 GHz:n taajuudella alhaisessa 15 V DC -esijännitekentässä.

Tutkimusryhmä yllättyi huomatessaan, että tämän saavuttamiseksi tarvittiin vain matala jännite, vaikka normaalisti tällainen suorituskyky vaatisi paljon enemmän energiaa tai aiheuttaisi merkittäviä energiahäviöitä.

Lontoon Queen Mary Universityn teknillisen ja materiaalitieteen tiedekunnan professori Haixue Yan sanoi: "Menetelmämme avain on pienten nanoklusterien – pienten atomiryhmien, luominen materiaalin sisään."

"Normaalisti bariumtitanaatissa atomit istuvat täysin säännöllisessä järjestyksessä. Vaihtamalla huolellisesti pienen määrän titaaniatomeja tinan kanssa häiriten täten täydellistä järjestystä ja näin muodostamme pieniä epäsäännöllisiä taskuja, joissa atomit ovat hieman pois paikoillaan. Nämä nanoklusterit liikkuvat helpommin, kun siihen kohdistetaan sähköinen signaali, mikä tekee koko materiaalista paljon herkemmän."

Tutkimusta johtanut professori Yang Hao visioi: "Tämä työ voisi johtaa seuraavan sukupolven pienempiin, nopeampiin ja energiatehokkaampiin langattomiin ja tutkalaitteisiin. Laajemmin ottaen nanoklusterien suunnittelumenetelmä atomien korvaamisen avulla voisi innostaa monien teknologioiden kehitykseen, antureista ja puolustusjärjestelmistä tulevaisuuden kvanttilaitteisiin."

Aiheesta aiemmin:

Vanhan koulukunnan materiaali yllättää