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研究人员开发出世界上第一个使用纳米材料的无电源频率调谐器

技术工程 2022-04-17 21:56:47

Researchers develop the world's first power-free frequency tuner using nanomaterials无电源频率调谐器图示。鸣谢:Utku Emre Ali在今天发表在《自然通讯》上的一篇论文中,牛津大学和宾夕法尼亚大学的研究人员发现了一种使用功能纳米线的无功率超快速频率调谐方法。想象一个管弦乐队在演出前热身。双簧管以440赫兹的频率开始演奏一个完美的A音,而所有其他乐器都自行调整到这个频率。电信技术依赖于发射机和接收机频率匹配的概念。实际上,这是在通信链路的两端调谐到相同的频道时实现的。

在当今庞大的通信网络中,可靠地合成尽可能多的频率并快速从一个频率切换到另一个频率的能力对于无缝连接至关重要。

牛津大学和宾夕法尼亚大学的研究人员制造了硫族化物玻璃(锗tel luride)的振动纳米弦,它在预定的频率下共振,就像吉他弦一样。为了调整这些谐振器的频率,研究人员切换了材料的原子结构,从而改变了材料本身的机械刚度。

这不同于现有的在纳米弦上施加机械应力的方法,类似于使用调音栓来调音吉他。这直接转化为更高的功耗,因为挂钩不是永久性的,需要电压来保持张力。

致谢:牛津大学Utku Emre Ali在牛津大学完成了作为其博士工作一部分的研究,他说:

“通过改变这些玻璃中原子之间的结合方式,我们能够在几纳秒内改变杨氏模量。杨氏模量是衡量硬度的指标,它直接影响纳米线的振动频率。”

宾夕法尼亚大学的Ritesh Agarwal教授参与了这项研究,他在2012年首次发现了一种改变新型纳米材料原子结构的独特机制。

“我们的基础工作可能会在10多年后的一个如此有趣的演示中产生影响,这种想法令人羞愧。阿加瓦尔教授说:“很快就能看到这个概念如何延伸到机械性能,以及它的效果如何。”。

领导这项工作的牛津大学材料系的Harish Bhaskaran教授说:

“这项研究创造了一个新的框架,使用功能材料,其基本机械性能可以通过电脉冲来改变。这是令人兴奋的,我们希望它能激发针对此类应用进行优化的新材料的进一步开发。”

工程师们进一步估计,他们的方法可以比商业频率合成器的工作效率高出一百万倍,同时提供10到100倍的调谐速度。虽然提高循环率和读出技术是商业化的必要条件,但这些初步结果可能意味着未来更长时间电池的更高数据速率。

“实时纳米机械性能调制作为可调NEMS的框架”发表在《自然通讯》上。

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