Магнитоэлектрический эффект уменьшит размер антенн на несколько порядков

Американские ученые разработали на основе мембран новые антенны размером на несколько порядков меньше, чем распространенные сегодня компактные антенны для метровых и дециметровых волн. Поскольку такие волны используются в мобильных телефонах и многих других устройствах, исследователи надеются, что их разработка позволит уменьшить размеры мобильных устройств. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Многие технологии, такие как телевидение, сотовая связь или Wi-Fi, используют электромагнитные дециметровые волны, также называемые ультравысокими частотами. Это излучение имеет частоты от 300 МГц до 3 ГГц и длины волн от десяти сантиметров до метра. Поскольку такие частоты используются в мобильных телефонах, ноутбуках и других мобильных устройствах, инженеры пытаются минимизировать размер антенн в них. Но у этой миниатюризации есть предел — антенну сложно сделать меньше, чем примерно одна десятая от длины волны излучения.

Исследователи смогли обойти это ограничение с помощью новой конструкции. Принцип действия их антенны основан на магнитоэлектрическом эффекте. Антенна состоит из двух основных частей. Центральный компонент, состоящий из Fe₇Ga₂B₁ и Al₂O₃, из-за магнитострикции реагирует на магнитные возмущения и превращает их механические колебания в виде объемных акустических волн. Он соединен с пьезоэлектрическим компонентом из нитрида алюминия, который «принимает» эти колебания, и превращает их в электрический ток.

Для передачи сигнала используется обратная последовательность, и электрический ток преобразуется в электромагнитное излучение. Ученые отмечают, что такая антенна работает на частоте акустического резонанса, а не электромагнитного. Поскольку длина акустической волны примерно на пять порядков меньше, чем электромагнитной при той же частоте, размер такой магнитоэлектрической антенны может быть гораздо меньше, чем существующие аналоги. В качестве демонстрации ученые создали круговую антенну с диаметром 200 микрометров, что почти в 600 раз меньше, чем длина волны излучения, на которую она настроена.

В прошлом году коллектив ученых из России, Великобритании и Литвы разработал и провел испытания приемопередатчика терагерцевого излучения размером с булавочную головку на основе квантовых точек.

Григорий Копиев