Les ingénieurs de l'UCLA Samueli ont développé un nouvel outil pour modéliser comment les matériaux magnétiques, qui sont utilisés dans les smartphones et autres appareils de communication, interagir avec les signaux radio entrants qui transportent des données. Il prédit avec précision ces interactions jusqu'aux échelles nanométriques requises pour créer des technologies de communication de pointe.

L'outil permet aux ingénieurs de concevoir de nouvelles classes de composants radiofréquences capables de transporter plus rapidement de grandes quantités de données, et avec moins d'interférences sonores. Les futurs cas d'utilisation incluent les smartphones et les dispositifs de surveillance de la santé implantables.

Les matériaux magnétiques peuvent s'attirer ou se repousser en fonction de leur orientation polaire - les extrémités positives et négatives s'attirent, tandis que deux positifs ou deux négatifs se repoussent. Lorsqu'un signal électromagnétique comme une onde radio traverse de tels matériaux, un matériau magnétique agit comme un portier, laisser entrer les signaux souhaités, mais en excluant les autres. Ils peuvent également amplifier le signal, ou atténuer la vitesse et la force du signal.

Les ingénieurs ont utilisé ces effets de type gardien, appelés « interactions onde-matériau, " pour fabriquer des appareils utilisés dans les technologies de communication depuis des décennies. Par exemple, ceux-ci incluent des circulateurs qui envoient des signaux dans des directions spécifiques ou des limiteurs sélectifs en fréquence qui réduisent le bruit en supprimant la force des signaux indésirables.

Les outils de conception actuels ne sont pas assez complets et précis pour capturer l'image complète du magnétisme dans les systèmes dynamiques, tels que les dispositifs implantables. Les outils ont également des limites dans la conception de l'électronique grand public.

"Notre nouvel outil de calcul résout ces problèmes en donnant aux concepteurs électroniques une voie claire pour déterminer comment les matériaux potentiels seraient le mieux utilisés dans les appareils de communication, " dit Yuanxun " Ethan " Wang, un professeur de génie électrique et informatique qui a dirigé la recherche. "Branchez les caractéristiques de l'onde et du matériau magnétique, et les utilisateurs peuvent facilement modéliser des effets à l'échelle nanométrique rapidement et avec précision. A notre connaissance, cet ensemble de modèles est le premier à intégrer toute la physique critique nécessaire pour prédire le comportement dynamique."

L'étude a été publiée dans le numéro imprimé de juin 2018 de Transactions IEEE sur la théorie et les techniques des micro-ondes .

L'outil de calcul est basé sur une méthode qui résout conjointement les équations de Maxwell bien connues, qui décrivent le fonctionnement de l'électricité et du magnétisme et l'équation de Landau-Lifshitz-Gilbert, qui décrit comment l'aimantation se déplace à l'intérieur d'un objet solide.

L'auteur principal de l'étude, Zhi Yao, est chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Wang. Les co-auteurs sont Rustu Umut Tok, un chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Wang, et Tatsuo Itoh, éminent professeur de génie électrique et informatique à l'UCLA et titulaire de la chaire Northrop Grumman en génie électrique. Itoh est également le co-conseiller de Yao.

L'équipe travaille à améliorer l'outil pour tenir compte de plusieurs types de matériaux magnétiques et non magnétiques. Ces améliorations pourraient le conduire à devenir un « solveur universel, " capable de rendre compte de tout type d'onde électromagnétique interagissant avec tout type de matériau.

Le groupe de recherche de Wang a récemment reçu une subvention de 2,4 millions de dollars de la Defense Advanced Research Project Agency pour étendre la capacité de modélisation de l'outil afin d'inclure des propriétés matérielles supplémentaires.