Los ingenieros de UCLA Samueli han desarrollado una nueva herramienta para modelar cómo los materiales magnéticos, que se utilizan en teléfonos inteligentes y otros dispositivos de comunicación, interactuar con las señales de radio entrantes que transportan datos. Predice con precisión estas interacciones hasta las escalas nanométricas necesarias para construir tecnologías de comunicaciones de vanguardia.

La herramienta permite a los ingenieros diseñar nuevas clases de componentes basados ​​en radiofrecuencia que pueden transportar grandes cantidades de datos con mayor rapidez. y con menos interferencia de ruido. Los casos de uso futuros incluyen desde teléfonos inteligentes hasta dispositivos de monitoreo de salud implantables.

Los materiales magnéticos se pueden atraer o repeler entre sí en función de su orientación polar:los extremos positivo y negativo se atraen entre sí, mientras que dos positivos o dos negativos se repelen. Cuando una señal electromagnética como una onda de radio pasa a través de dichos materiales, un material magnético actúa como un guardián, dejando entrar las señales que se desean, pero dejando fuera a los demás. También pueden amplificar la señal, o amortiguar la velocidad y la fuerza de la señal.

Los ingenieros han utilizado estos efectos de portero, llamadas "interacciones onda-material, "para fabricar dispositivos utilizados en tecnologías de la comunicación durante décadas. Por ejemplo, estos incluyen circuladores que envían señales en direcciones específicas o limitadores selectivos de frecuencia que reducen el ruido al suprimir la fuerza de las señales no deseadas.

Las herramientas de diseño actuales no son lo suficientemente completas y precisas para capturar la imagen completa del magnetismo en sistemas dinámicos, como dispositivos implantables. Las herramientas también tienen límites en el diseño de electrónica de consumo.

"Nuestra nueva herramienta computacional aborda estos problemas al brindarles a los diseñadores de electrónica un camino claro para averiguar cómo se utilizarían mejor los materiales potenciales en los dispositivos de comunicaciones, "dijo Yuanxun" Ethan "Wang, un profesor de ingeniería eléctrica e informática que dirigió la investigación. "Conecte las características de la onda y el material magnético, y los usuarios pueden modelar fácilmente efectos a nanoescala de forma rápida y precisa. Hasta donde sabemos, este conjunto de modelos es el primero en incorporar toda la física crítica necesaria para predecir el comportamiento dinámico ".

El estudio fue publicado en la edición impresa de junio de 2018 de Transacciones IEEE sobre teoría y técnicas de microondas .

La herramienta computacional se basa en un método que resuelve conjuntamente las conocidas ecuaciones de Maxwell, que describen cómo funcionan la electricidad y el magnetismo y la ecuación de Landau-Lifshitz-Gilbert, que describe cómo se mueve la magnetización dentro de un objeto sólido.

El autor principal del estudio, Zhi Yao, es un becario postdoctoral en el laboratorio de Wang. Los coautores son Rustu Umut Tok, un becario postdoctoral en el laboratorio de Wang, y Tatsuo Itoh, un distinguido profesor de ingeniería eléctrica e informática en UCLA y la Cátedra Northrop Grumman en Ingeniería Eléctrica. Itoh también es co-asesor de Yao.

El equipo está trabajando para mejorar la herramienta para que tenga en cuenta múltiples tipos de materiales magnéticos y no magnéticos. Estas mejoras podrían llevarlo a convertirse en un "solucionador universal, "capaz de dar cuenta de cualquier tipo de onda electromagnética interactuando con cualquier tipo de material.

El grupo de investigación de Wang recibió recientemente una subvención de $ 2.4 millones de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa para expandir la capacidad de modelado de la herramienta para incluir propiedades de materiales adicionales.