旋转弧波将引领新一代无线通讯


New wave: Spin soliton could be a hit in cell phone communication

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这是一段表现在 2.7 纳秒内弧波产生的动画的一帧。电流正在通过中央的通道,产生磁化振动。这些振动一开始在整个层中传播,但在 1.8 ns 后小洞下的磁化发生颠倒,产生了振动(中央变成红色),接着振动就被固定了。来源:NIST

来自国家标准与技术研究所的研究人员已经发现了理论的证据,证明一种新的产生高频率波的方法,这种波被用于如手机等现代通讯设备中。他们的分析结果如果能得到实验的证据的支持,就会帮助开拓新一代的无线技术,它比普通的设备更加安全且抗干扰。

该研究团队的发现指出了一种能够操控电子旋转以生成微波——在移动设备中频繁使用的电磁波——的振子。电子旋转和基本的电荷都是一种基本属性,被用于电子电路中。该发现给旋转电子增添了一项潜在的新性能。

该团队的研究成果——对多种从前试过的实验振子的新研究——预测了一种叫“弧波”的特殊类型的驻波可以在多层磁性结构的某一层产生。弧波是一种保形波,在许多媒介中都可以找到。(它们在 1834 年在一条运河船中被观察到,现在被用于光纤通讯。)要想制造弧波,就需要多层结构中的一层受到垂直于多层结构平面的磁场;然后一道电流就会受迫促穿过多层结构中的一个小通道。一旦建立了弧波,磁场方向的振动频率高达每秒十亿次以上。

 

这段动画表现了在 2.7 纳秒内弧波的产生。电流正在通过中央的通道,产生磁化振动。这些振动一开始在整个层中传播,但在 1.8 ns 后小洞下的磁化发生颠倒,产生了振动(中央变成红色),接着振动就被固定了。来源:NIST

“那是微波的频率,”NIST 的物理学家 Thomas Silva 说。“你可以利用这一效应制造一种手机中的振子,它消耗的能量要比现今使用的更少。而军方也可以将它们利用在加密通讯中。理论上,你可以极快地改变这些设备的频率,让敌人很难干扰或阻碍这些信号。”Silva 补充说道,预计这种振子非常稳定——即便电流发生变化,它的频率也能保持不变——这是极其实用的优点,因为它可以减少系统中不需要的噪声。它似乎也能产生一种既稳定又强大的输出信号。

该团队的预测同样还有基础研究的价值。

“目前我们所做的只是数学上的,但这些等式预测了这些现象会发生在我们认为可以制造出来的设备中,”Silva 说,并指出该研究是基于已经存在的材料进行的。“我们会开始寻找实验证据证明这些固定励磁的存在,尤其是因为在其他材料中很难产生弧波。如果它们如我们的预期般出现在这些设备中,我们就可能发现了一种探索它们的性质的相对容易的方法。”

 

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