När blir 6G verklighet? Kapplöpet att förverkliga sjätte generationens (6G) trådlösa kommunikationssystem kräver utveckling av lämpliga magnetiska material. Forskare från Osaka Metropolitan University och deras kollegor har upptäckt en aldrig tidigare skådad kollektiv resonans vid höga frekvenser i en magnetisk överbyggnad som kallas ett chiral spin soliton lattice (CSL), som avslöjar CSL-värdar kirala helimagneter som ett lovande material för 6G-teknik. Studien publicerades i Physical Review Letters .

Framtida kommunikationsteknik kräver att frekvensbandet utökas från nuvarande få gigahertz (GHz) till över 100 GHz. Sådana höga frekvenser är ännu inte möjliga, med tanke på att befintliga magnetiska material som används i kommunikationsutrustning endast kan resonera och absorbera mikrovågor upp till cirka 70 GHz med ett praktiskt starkt magnetfält. För att ta itu med denna lucka i kunskap och teknik, grävde forskargruppen under ledning av professor Yoshihiko Togawa från Osaka Metropolitan University in i den spiralformade överbyggnaden CSL.

"CSL har en avstämbar struktur i periodicitet, vilket innebär att den kontinuerligt kan moduleras genom att ändra den externa magnetiska fältstyrkan", förklarade professor Togawa. "CSL-fononläget, eller det kollektiva resonansläget - när CSL:s kinks svänger kollektivt runt sin jämviktsposition - tillåter frekvensområden bredare än de för konventionella ferromagnetiska material." Detta CSL-fononläge har förståtts teoretiskt, men aldrig observerats i experiment.

Teamet sökte efter CSL-fononläget och experimenterade på CrNb₃ S₆ , en typisk kiral magnetisk kristall som är värd för CSL. De genererade först CSL i CrNb₃ S₆ och observerade sedan dess resonansbeteende under förändrade yttre magnetiska fältstyrkor. En specialdesignad mikrovågskrets användes för att detektera magnetresonanssignalerna.

Forskarna observerade resonans i tre lägen, nämligen "Kittel-läget", det "asymmetriska läget" och "multipelresonansläget". I Kittel-läget, liknande det som observeras i konventionella ferromagnetiska material, ökar resonansfrekvensen endast om magnetfältets styrka ökar, vilket innebär att skapa de höga frekvenserna som behövs för 6G skulle kräva ett opraktiskt starkt magnetfält. CSL-fononen hittades inte heller i det asymmetriska läget.

I multipelresonansläget detekterades CSL-fononen; i motsats till vad som observeras med magnetiska material som för närvarande används, ökar frekvensen spontant när magnetfältets styrka minskar. Detta är ett aldrig tidigare skådat fenomen som möjligen kommer att möjliggöra en ökning till över 100 GHz med ett relativt svagt magnetfält – denna ökning är en välbehövlig mekanism för att uppnå 6G-drift.

"Vi lyckades observera denna resonansrörelse för första gången", konstaterade första författaren Dr. Yusuke Shimamoto. "På grund av sin utmärkta strukturella styrbarhet kan resonansfrekvensen styras över ett brett band upp till sub-terahertz-bandet. Denna bredbands- och variabla frekvenskarakteristik överstiger 5G och förväntas användas i forskning och utveckling av nästa generations kommunikationsteknologier. ." + Utforska vidare

Ny fononbaserad och magnetiskt avstämbar monokromatisk terahertzkälla