Wetenschappers van de Universiteit van Illinois hebben blokken ter grootte van suikerklontjes gemaakt van een elektromagnetisch materiaal dat communicatienetwerken kan transformeren.

Verschillende landen bouwen futuristische communicatiesystemen die gebruikmaken van elektromagnetische golven met een hogere frequentie om meer gegevens met hogere snelheden over te dragen. maar ze hadden geen netwerkcomponenten om deze hogere bandbreedtes aan te kunnen. Onderzoeker J. Gary Eden bewees dat zijn nieuwe apparaat snel van functionaliteit kan wisselen om de uiteenlopende taken uit te voeren die nodig zijn om een ​​netwerk met draaggolffrequenties van meer dan 100 gigahertz te ondersteunen. De minuscule architectuur verborgen in de suikerklontjesblokken wordt beschreven in: Technische Natuurkunde Beoordelingen .

"Deze technologie is bijzonder interessant, omdat het meerdere kanalen genereert die tegelijkertijd op verschillende frequenties werken. In principe, hierdoor kunnen meerdere gesprekken over hetzelfde netwerk plaatsvinden, dat het hart is van snelle draadloze communicatie, ’ legde Eden uit.

Plasma is van cruciaal belang voor het snel schakelen tussen functies en frequenties, maar eerdere op plasma gebaseerde elektromagnetische kristallen waren veel te groot om op hoge frequenties te werken. De sleutel ligt in het creëren van een structuur met een afstand tussen het plasma en de metalen kolommen die zo klein is als de golflengte van de straling die wordt gemanipuleerd.

De golflengte van elektromagnetische golven wordt korter naarmate de frequentie en bandbreedte toenemen. Om kristallen met een hoge bandbreedte te realiseren die werken bij frequenties boven 100 GHz, een kleinschalig ontwerp is vereist.

Het team van Eden ontwikkelde een 3D-geprinte steiger, die diende als een negatief van het gewenste netwerk. Er werd een polymeer in gegoten en, eenmaal ingesteld, microcapillairen met een diameter van 0,3 millimeter werden gevuld met plasma, metaal of een diëlektrisch gas. Met behulp van deze replica-molding-techniek, het duurde bijna vijf jaar om de afmetingen en afstanden van de microcapillairen in het houtstapelachtige rooster te perfectioneren.

"Het assembleren van het materiaal was extreem veeleisend, " zei Eden, maar uiteindelijk, hij en zijn team konden hun materiaal gebruiken om resonantie waar te nemen in het frequentiegebied van 100 GHz tot 300 GHz, die Eden opmerkte als "een enorm spectraal bereik waarover te opereren."

De groep toonde aan dat snelle veranderingen in de elektromagnetische eigenschappen van deze kristallen - zoals schakelen tussen reflecterende of zendende signalen - kunnen worden bereikt door eenvoudig een paar plasmakolommen aan of uit te zetten. Een dergelijke mogelijkheid toont het nut van zo'n dynamisch en energiezuinig apparaat voor communicatie aan.

Eden wil de fabricage- en schakelefficiëntie van dit nieuwe apparaat verder optimaliseren, maar is ook enthousiast om zich te verdiepen in andere toepassingen. Bijvoorbeeld, het kristal zou kunnen worden afgestemd om te reageren op de resonanties van specifieke moleculen, bijv. luchtverontreinigende stoffen, en worden gebruikt als een zeer gevoelige detector.