新材料作为一种有效的倍频器

时间:2020-06-17 18:38 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

新材料作为一种有效的倍频器

更高的频率意味着更快的数据传输和更强大的处理器——这一公式多年来一直推动着IT行业的发展。然而,从技术上讲,要持续增加时钟频率和无线电频率绝非易事。新材料可以解决这个问题。实验在Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR)已经产生了一个有前途的结果:一个国际研究小组的研究能够得到一个新材料提高太赫兹辐射的频率快七倍:潜在的IT应用程序的第一步,该集团在《自然》杂志上报道的通信。

当智能手机接收数据和计算机芯片进行计算时,这种过程总是涉及到交替电场,在明确定义的路径上发送电子。更高的场频率意味着电子可以更快地完成它们的工作,从而实现更高的数据传输速率和更高的处理器速度。目前的上限是太赫兹范围,这就是为什么全世界的研究人员都渴望了解太赫兹场如何与新材料相互作用的原因。HZDR辐射物理研究所的Jan-Christoph Deinert说:“我们在HZDR的TELBE太赫兹设备是详细研究这些相互作用和识别有希望的材料的杰出来源。”“例如,砷化镉就是一个可能的候选者。”

为了测试这一点,专家们使用了一种特殊的工艺,从砷化镉中生产超薄的高纯度血小板,然后他们对来自TELBE设备的太赫兹脉冲进行处理。血小板后面的探测器记录了砷化镉对辐射脉冲的反应。结果:“我们能够表明,镉砷化物作为高效倍频器,不失去效率,甚至没有很强的太赫兹脉冲下可以生成TELBE,“报告前HZDR研究员哲,他现在在科隆大学工作。这个实验是第一次在这个还很年轻的材料中演示太赫兹到七次谐波的频率倍增现象。

电子按自己的节拍跳舞

除了实验证据之外,这个团队和来自马克斯·普朗克复杂系统物理研究所的研究人员还提供了关于所发生事情的详细理论描述:击中砷化镉的太赫兹脉冲会产生很强的电场。“这个场加速了材料中的自由电子,”Deinert说。“想象一下,大量微小的钢球在一个快速从一边到另一边倾斜的钢板上滚动。”

砷化镉中的电子通过发射电磁辐射来响应这种加速。关键的是,它们并不完全遵循太赫兹场的节奏,而是在更复杂的路径上振荡,这是材料不同寻常的电子结构的结果。结果,电子发出新的太赫兹脉冲,频率是原来频率的奇数整数倍——这是一种非线性效应,类似于钢琴:当你敲击键盘上的一个键时,乐器不仅发出你弹奏的那个键的声音,而且发出丰富的泛音,也就是谐波。

为了一个后5g世界

这一现象为未来的许多应用带来了希望,例如在无线通信中,无线通信趋向于更高的无线电频率,可以传输比今天的传统信道多得多的数据。该行业目前正在推出5G标准。由Dirac材料制成的组件有一天可以使用更高的频率,从而使比5G更大的带宽成为可能。这种新型材料似乎也会引起未来计算机的兴趣,因为理论上,基于dirac的组件可以比现在基于硅的技术提供更高的时钟频率。

但首先,它背后的基础科学需要进一步研究。“我们的研究结果只是第一步,”王喆强调说。“在我们构想出具体应用之前,我们需要提高新材料的效率。”为此,专家们想弄清楚他们通过施加电流来控制频率倍增的效果如何。他们希望在样品中加入外来原子,以优化非线性频率转换。

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