Новый материал открывает двери для 6G

Миллионы пользователей мобильных телефонов могут даже не знать об этом, но их телефоны используют небольшую часть титаната бария-стронция (BST) для более четкого приема сигналов. Это все хорошо, но исследователи знают, что хотя современные мобильные телефоны, включая новейшие смартфоны с 5G, работают на частотах ниже 6 ГГц, следующая волна телефонов 5G и ожидаемая сотовая связь 6G будут работать на частотах выше 30 ГГц, где титанат бария-стронция не имеет столь хороших качеств.

К счастью, группа инженеров из Корнелльского университета создала новый перестраиваемый диэлектрик, который заменит BST и внесет ясность и дополнительную полосу пропускания в мобильные телефоны следующего поколения и другую высокочастотную электронику.

«Наш материал дает те же характеристики, что и современные материалы для мобильных телефонов при 100-кратной частоте», — говорит Даррелл Шлом, руководитель группы. «Это большой плюс, потому что, когда вы увеличиваете частоту, вы получаете больше пропускной способности и больше данных может передаваться. И люди жаждут видеть все больше информации, особенно на своих мобильных телефонах».

Еще в 2013 году группа использовала молекулярно-лучевую эпитаксию для создания слоистого оксида титана стронция для аналогичной цели. Этот изолятор, также перестраиваемый диэлектрик, повышал производительность схемных конденсаторов примерно до 40 ГГц, удаляя барий из BST.

Материалы до этого были «потерянными», что означает, что они рассеивали много энергии и превращали ее в тепло, а не облегчали полезную настройку антенн. Частично это можно объяснить смесью атомов бария и стронция, которые были выброшены случайным образом. В конечном итоге группа ученых узнала, что если они взяли стронций и придали ему более четкую структуру, потери были бы сокращены. И вот на этот раз, под руководством Крейга, вместо того, чтобы случайным образом «бросать» атомы, чтобы они просто «упали» куда-либо, исследователи держали атомы двух типов в разных слоях, чтобы убрать некоторую случайность и устранить беспорядочность. Тем самым они снизили потери и рассеиваемую мощность. Затем исследователи вновь вводили барий в аккуратно нанесенный слой толщиной всего в один атом к диэлектрику на основе оксида титана и стронция с помощью технологии, называемой целевым химическим давлением.

Получившийся материал с его небольшим слоем бария может работать на частотах до 125 ГГц, что значительно выше желаемых 30 ГГц для следующей волны 5G и даже 6G сотовой связи. Перестраиваемый диэлектрик также можно использовать для оборонных целей, таких как устройства РЭБ, в котором используется электрический сигнал, чтобы сбить с толку высокочастотные радары противника.