Forskare vid University of Illinois har skapat block av sockerbitstorlek av ett elektromagnetiskt material med potential att transformera kommunikationsnätverk.

Flera länder bygger futuristiska kommunikationssystem som använder högfrekventa elektromagnetiska vågor för att överföra mer data med snabbare hastigheter, men de har saknat nätverkskomponenter för att hantera dessa högre bandbredder. Forskaren J. Gary Eden bevisade att hans nya enhet snabbt kan byta funktionalitet för att utföra de olika uppgifter som behövs för att stödja ett nätverk med bärfrekvenser på över 100 gigahertz. Den minimalistiska arkitekturen gömd i sockerbitsblocken beskrivs i Tillämpad fysik recensioner .

"Denna teknik är särskilt intressant, eftersom det genererar flera kanaler som arbetar samtidigt vid olika frekvenser. I grund och botten, detta gör att flera konversationer kan ske över samma nätverk, som är hjärtat av trådlös höghastighetskommunikation, " förklarade Eden.

Plasma är avgörande för att snabbt kunna växla mellan funktioner och frekvenser, men tidigare plasmabaserade elektromagnetiska kristaller var alldeles för stora för att fungera vid höga frekvenser. Nyckeln ligger i att skapa en struktur med avstånd mellan plasma- och metallkolumnerna så små som våglängden för strålning som manipuleras.

Våglängden för elektromagnetiska vågor förkortas när frekvensen och bandbredden ökar. För att realisera kristaller med hög bandbredd som arbetar vid frekvenser över 100 GHz, en småskalig design krävs.

Edens team utvecklade en 3D-tryckt ställning, vilket fungerade som en negativ av det önskade nätverket. En polymer hälldes i och en gång inställd, mikrokapillärer 0,3 millimeter i diameter fylldes med plasma, metall eller en dielektrisk gas. Med hjälp av denna kopieringsteknik, det tog nästan fem år att göra måtten och avstånden mellan mikrokapillärerna i det träpilliknande gallret.

"Att montera materialet var extremt krävande, sa Eden, men till sist, han och hans team kunde använda sitt material för att observera resonans som spänner över frekvensområdet 100 GHz till 300 GHz, vilket Eden noterade som "ett enormt spektralområde att arbeta över."

Gruppen visade att snabba förändringar i de elektromagnetiska egenskaperna hos dessa kristaller - som att växla mellan reflekterande eller sändande signaler - kunde uppnås genom att helt enkelt slå på eller stänga av några plasmakolonner. En sådan förmåga visar användbarheten av en sådan dynamisk och energieffektiv anordning för kommunikation.

Eden är angelägen om att ytterligare optimera tillverkningen och växlingseffektiviteten för denna nya enhet, men är också glada över att fördjupa sig i andra applikationer. Till exempel, kristallen kan ställas in för att svara på resonanserna hos specifika molekyler, t.ex., luftföroreningar, och användas som en mycket känslig detektor.