Создан «самонастраивающийся» материал для устройств связи нового поколения

Новый материал демонстрирует необычно высокий уровень настраиваемости. Автор: Queen Mary University of London

Исследовательская группа из Лондонского университета королевы Марии открыла новый способ создания тонких плёнок, которые могут «самонастраиваться» гораздо эффективнее существующих материалов, что делает их высокочувствительными и энергоэффективными.

Сегнетоэлектрические плёнки используются в современных системах связи и зондирования, таких как 5G, 6G, радары и медицинская визуализация. Им необходимо быстро адаптироваться к изменяющимся сигналам и частотам. До сих пор учёные сталкивались с компромиссом между созданием высоконастраиваемых материалов и сохранением их энергоэффективности. Однако новый подход ломает этот компромисс, делая материал адаптивным без потерь энергии.

Работа опубликована в журнале Nature Communications.

В ходе испытаний новый материал, разработанный совместно доктором Ханчи Жуанем, доктором Ханфэном Чжаном и другими исследователями, показал необычно высокий уровень «настраиваемости». Его способность изменять своё поведение достигла около 74% на микроволновых частотах. Команда с удивлением обнаружила, что для достижения такого результата требуется приложить лишь низкое напряжение, тогда как обычно подобная производительность требовала бы гораздо больше энергии или приводила бы к значительным энергопотерям.

«Ключ нашего метода — создание крошечных нанокластеров, небольших групп атомов, гораздо меньших, чем человеческий волос, внутри материала. Обычно в титанате бария атомы располагаются в идеально правильном порядке, как сиденья на аккуратно заполненном стадионе. Тщательно заменив небольшое количество атомов титана на олово, мы нарушаем этот идеальный порядок и формируем крошечные, нерегулярные области, где атомы слегка смещены. Эти нанокластеры легче двигаются при подаче электрического сигнала, что делает весь материал гораздо более отзывчивым», — пояснил доктор Хайсюэ Янь, ридер Школы инженерии и материаловедения Лондонского университета королевы Марии.

«Эта работа может привести к созданию следующего поколения более компактных, быстрых и энергоэффективных беспроводных и радарных устройств. Телефоны смогут соединяться надёжнее, спутники — общаться чётче, а медицинские сканеры — предоставлять более детальные изображения. В более широком смысле, метод создания нанокластеров путём атомного замещения может вдохновить на прорывы во многих технологиях — от сенсоров и систем обороны до будущих квантовых устройств», — добавил профессор Ян Хао, руководитель исследования, профессор антенн и электромагнетизма в Лондонском университете королевы Марии.

Сегнетоэлектрики — материалы, обладающие спонтанной поляризацией, которую можно изменить под действием внешнего электрического поля. Они широко применяются не только в коммуникационных технологиях, но и в конденсаторах, оперативной памяти и датчиках. Разработка материалов с улучшенной настраиваемостью открывает путь к созданию устройств, которые будут потреблять меньше энергии при более высокой производительности.