(Phys.org) - Un equipo de investigadores de UCLA ha creado los osciladores de microondas a nanoescala de alto rendimiento más potentes del mundo. un desarrollo que podría conducir a Dispositivos de comunicación móvil con mayor eficiencia energética que ofrecen una calidad de señal mucho mejor.

Los teléfonos móviles de hoy Las tabletas habilitadas para WiFi y otros dispositivos electrónicos utilizan osciladores de microondas, diminutos dispositivos que generan las señales eléctricas utilizadas en las comunicaciones. En un celular por ejemplo, los circuitos transmisor y receptor contienen osciladores que producen señales de radiofrecuencia, que luego son convertidas por la antena del teléfono en ondas electromagnéticas entrantes y salientes.

Los osciladores de corriente están basados ​​en silicio y utilizan la carga de un electrón para crear microondas. Los osciladores desarrollados por UCLA, sin embargo, utilizar el espín de un electrón, como en el caso del magnetismo, y tienen ventajas de varios órdenes de magnitud sobre los osciladores que se utilizan comúnmente en la actualidad.

Los osciladores basados ​​en espín de electrones de UCLA surgieron de la investigación en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Henry Samueli de UCLA patrocinada por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA). Esta investigación se centró en STT-RAM, o memoria de acceso aleatorio magnetorresistiva de par de transferencia de giro, que tiene un gran potencial sobre otros tipos de memoria en términos de velocidad y eficiencia energética.

“Nos dimos cuenta de que las estructuras de nanoescala en capas que hacen de STT-RAM un gran candidato para la memoria también podrían desarrollarse para osciladores de microondas para comunicaciones, "dijo el investigador principal y coautor de la investigación, Kang L. Wang, Profesor Raytheon de Ingeniería Eléctrica de UCLA Engineering y director del Instituto Occidental de Nanoelectrónica (WIN).

Las estructuras, llamados nano-osciladores de transferencia de espín, o STNO, están compuestos por dos capas magnéticas distintas. Una capa tiene una dirección polar magnética fija, mientras que la dirección magnética de la otra capa se puede manipular para que gire pasando una corriente eléctrica a través de ella. Esto permite que la estructura produzca microondas oscilantes muy precisas.

"Previamente, no se había demostrado un oscilador de transferencia de espín con una potencia de salida suficientemente alta y, al mismo tiempo, una buena calidad de señal, que son las dos métricas principales de un oscilador, lo que impide aplicaciones prácticas, "dijo el coautor Pedram Khalili, gerente de proyectos de los programas de investigación UCLA-DARPA en STT-RAM y lógica no volátil. "Hemos cumplido ambos requisitos en una sola estructura".

El SNTO fue probado para mostrar una potencia de salida récord de cerca de 1 microvatio, con un ancho de línea de señal estrecho récord de 25 megahercios. La potencia de salida se refiere a la fuerza de la señal, y 1 microvatio es el nivel deseado para que los STNO sean prácticos para las aplicaciones. También, un ancho de línea de señal estrecho corresponde a una señal de mayor calidad a una frecuencia determinada. Esto significa menos ruido e interferencia, para una señal de video y voz más limpia. También significa que se pueden acomodar más usuarios en una banda de frecuencia determinada.

Además, el nuevo sistema a nanoescala es de aproximadamente 10, 000 veces más pequeño que los osciladores basados ​​en silicio que se utilizan en la actualidad. Los nano-osciladores se pueden incorporar fácilmente en circuitos integrados existentes (chips de computadora), ya que son compatibles con los estándares actuales de diseño y fabricación en las industrias de computadoras y dispositivos electrónicos. Y los osciladores se pueden utilizar tanto en comunicaciones analógicas (voz) como digitales (datos), lo que significa que los teléfonos inteligentes podrían aprovecharlos al máximo.

"Durante la última década, hemos estado trabajando para realizar un nuevo paradigma en nanoelectrónica y nanoarquitecturas, "dijo Wang, quien también es miembro del California NanoSystems Institute en UCLA. "Esto ha llevado a un tremendo progreso en la investigación de la memoria. Y en esa misma línea, creemos que estos nuevos STNO son excelentes candidatos para suceder a los osciladores de hoy ".

El papel, "Emisión de microondas coherente de alta potencia de nano-osciladores de unión de túnel magnético con anisotropía perpendicular, "se ha publicado en línea en la revista ACS Nano .

Otros autores clave incluyen Hongwen Jiang, Profesor de física y astronomía de UCLA, y el autor principal Zhongming Zeng, ex becario postdoctoral en el laboratorio de Jiang y actualmente profesor en el Instituto de Nanotecnología y Nanobiónica de Suzhou, Academia china de ciencias.