Les cristaux dynamiques plasma/métal/diélectrique sont capables de filtrer les signaux électromagnétiques dans la gamme 100-300 GHz, transmettre les fréquences souhaitées à un moment donné. La lumière blanche frappant les cristaux symbolise les signaux à ondes millimétriques à large bande qui sont filtrés par les cristaux, n'autorisant qu'un rayonnement à bande étroite (symbolisé par le rouge, vert, ou faisceaux bleus) pour sortir du cristal. Crédit :Université de l'Illinois
Des scientifiques de l'Université de l'Illinois ont créé des blocs de la taille d'un morceau de sucre d'un matériau électromagnétique ayant le potentiel de transformer les réseaux de communication.
Plusieurs pays construisent des systèmes de communication futuristes utilisant des ondes électromagnétiques à plus haute fréquence pour transférer plus de données à des débits plus rapides, mais il leur manquait des composants réseau pour gérer ces bandes passantes plus élevées. Le chercheur J. Gary Eden a prouvé que son nouvel appareil pouvait changer rapidement de fonctionnalité pour effectuer les tâches variées nécessaires à la prise en charge d'un réseau avec des fréquences porteuses de plus de 100 gigahertz. L'architecture à l'échelle minuscule dissimulée dans les blocs de morceaux de sucre est décrite dans Examens de physique appliquée .
« Cette technologie est particulièrement intéressante, car il génère plusieurs canaux fonctionnant simultanément à différentes fréquences. Essentiellement, cela permet à plusieurs conversations d'avoir lieu sur le même réseau, qui est le cœur des communications sans fil à haut débit, " expliqua Eden.
Le plasma est essentiel pour basculer rapidement entre les fonctions et les fréquences, mais les précédents cristaux électromagnétiques à base de plasma étaient beaucoup trop gros pour fonctionner à des fréquences élevées. La clé réside dans la création d'une structure avec un espacement entre les colonnes de plasma et de métal aussi petit que la longueur d'onde du rayonnement manipulé.
La longueur d'onde des ondes électromagnétiques diminue à mesure que la fréquence et la bande passante augmentent. Pour réaliser des cristaux à large bande passante fonctionnant à des fréquences supérieures à 100 GHz, une conception à petite échelle est requise.
L'équipe d'Eden a développé un échafaudage imprimé en 3D, qui a servi de négatif du réseau souhaité. Un polymère a été versé et, une fois réglé, des microcapillaires de 0,3 millimètres de diamètre ont été remplis de plasma, métal ou un gaz diélectrique. En utilisant cette technique de moulage de réplique, il a fallu près de cinq ans pour perfectionner les dimensions et l'espacement des microcapillaires dans le réseau en forme de tas de bois.
"L'assemblage du matériel était extrêmement exigeant, " dit Eden, mais éventuellement, lui et son équipe ont pu utiliser leur matériel pour observer une résonance couvrant la région de fréquences de 100 GHz à 300 GHz, qu'Eden a noté comme "une énorme gamme spectrale sur laquelle opérer".
Le groupe a montré que des changements rapides dans les caractéristiques électromagnétiques de ces cristaux, tels que la commutation entre les signaux de réflexion ou de transmission, pouvaient être obtenus en allumant ou en éteignant simplement quelques colonnes de plasma. Une telle capacité montre l'utilité d'un tel dispositif dynamique et économe en énergie pour les communications.
Eden souhaite optimiser davantage l'efficacité de fabrication et de commutation de ce nouveau dispositif, mais est également ravi de se plonger dans d'autres applications. Par exemple, le cristal pourrait être réglé pour répondre aux résonances de molécules spécifiques, par exemple., polluants atmosphériques, et être utilisé comme un détecteur très sensible.
