Wanneer wordt 6G werkelijkheid? De race om draadloze communicatiesystemen van de zesde generatie (6G) te realiseren vereist de ontwikkeling van geschikte magnetische materialen. Wetenschappers van de Osaka Metropolitan University en hun collega's hebben een ongekende collectieve resonantie bij hoge frequenties gedetecteerd in een magnetische bovenbouw, een chiraal spin-solitonrooster (CSL) genaamd, wat CSL-hostende chirale hemagneten onthult als een veelbelovend materiaal voor 6G-technologie. Het onderzoek is gepubliceerd in Physical Review Letters .

Toekomstige communicatietechnologieën vereisen een uitbreiding van de frequentieband van de huidige paar gigahertz (GHz) tot meer dan 100 GHz. Dergelijke hoge frequenties zijn nog niet mogelijk, aangezien bestaande magnetische materialen die in communicatieapparatuur worden gebruikt, alleen microgolven tot ongeveer 70 GHz kunnen resoneren en absorberen met een praktisch sterk magnetisch veld. Om dit hiaat in kennis en technologie aan te pakken, dook het onderzoeksteam onder leiding van professor Yoshihiko Togawa van de Osaka Metropolitan University in de spiraalvormige spin-superstructuur CSL.

"CSL heeft een afstembare structuur in periodiciteit, wat betekent dat het continu kan worden gemoduleerd door de externe magnetische veldsterkte te veranderen", legt professor Togawa uit. "De CSL-fononmodus, of collectieve resonantiemodus - wanneer de knikken van de CSL collectief rond hun evenwichtspositie oscilleren - maakt frequentiebereiken mogelijk die breder zijn dan die voor conventionele ferromagnetische materialen." Deze CSL-fononmodus is theoretisch begrepen, maar nooit waargenomen in experimenten.

Op zoek naar de CSL-fononmodus experimenteerde het team op CrNb₃ S₆ , een typisch chiraal magnetisch kristal dat CSL herbergt. Ze genereerden eerst CSL in CrNb₃ S₆ en observeerde vervolgens zijn resonantiegedrag onder veranderende externe magnetische veldsterkten. Een speciaal ontworpen microgolfcircuit werd gebruikt om de magnetische resonantiesignalen te detecteren.

De onderzoekers observeerden resonantie in drie modi, namelijk de "Kittel-modus", de "asymmetrische modus" en de "meervoudige resonantiemodus". In de Kittel-modus, vergelijkbaar met wat wordt waargenomen in conventionele ferromagnetische materialen, neemt de resonantiefrequentie alleen toe als de magnetische veldsterkte toeneemt, wat betekent dat het creëren van de hoge frequenties die nodig zijn voor 6G een onpraktisch sterk magnetisch veld zou vereisen. De CSL fonon werd ook niet gevonden in de asymmetrische modus.

In de meervoudige resonantiemodus werd de CSL-fonon gedetecteerd; in tegenstelling tot wat wordt waargenomen bij magnetische materialen die momenteel in gebruik zijn, neemt de frequentie spontaan toe wanneer de magnetische veldsterkte afneemt. Dit is een ongekend fenomeen dat mogelijk een boost tot meer dan 100 GHz mogelijk maakt met een relatief zwak magnetisch veld - deze boost is een broodnodig mechanisme om 6G-operabiliteit te bereiken.

"We zijn erin geslaagd om deze resonantiebeweging voor de eerste keer waar te nemen", merkte eerste auteur Dr. Yusuke Shimamoto op. "Vanwege de uitstekende structurele beheersbaarheid kan de resonantiefrequentie worden geregeld over een brede band tot aan de sub-terahertz-band. Deze breedband en variabele frequentiekarakteristiek overschrijdt 5G en zal naar verwachting worden gebruikt bij onderzoek en ontwikkeling van communicatietechnologieën van de volgende generatie ." + Verder verkennen

Nieuwe op fononen gebaseerde en magneto-afstembare monochromatische terahertz-bron