这个电磁材料块，正在改变未来通信，载波频率超过100千兆赫！

星星糖SUNG

伊利诺伊大学的科学家们，已经创造出一种具有改变通信网络潜力方糖大小的电磁材料块。有几个国家正在建立未来通信系统，使用更高频率的电磁波，以更快的速率传输更多数据，但它们缺乏处理这些更高带宽的网络部件。研究人员J.Gary Eden证明：他的新设备可以快速切换功能，以执行支持载波频率超过100千兆赫网络所需的各种任务，在其发表在《应用物理评论》期刊中，描述了隐藏在这个糖方块中的微型架构。

这项技术特别有趣，因为它产生多个以不同频率同时操作的频道。基本上，这能在同一网络上进行多个对话，这是高速无线通信的核心。等离子体对于在功能和频率之间的快速切换是至关重要，但以前基于等离子体的电磁晶体太大，不能在高频下工作，关键在于创造一种结构，使等离子体和金属柱之间的间距与被操纵的辐射波长一样小。电磁波的波长随着频率和带宽增加而缩短，为了实现工作在100 GHz以上的高带宽晶体，需要进行小规模的设计。

Eden的团队开发了一种3D打印脚手架，作为所需网络的底片，将聚合物倒入，一旦凝固，直径0.3毫米的微毛细管被填充等离子体、金属或介电气体。使用这种复制成型技术，研究团队花了近五年的时间，以完善木桩状晶格中微毛细管的尺寸和间距。组装材料要求极高，但最终，研究团队能够使用该材料观察跨越100 GHz到300 GHz频率范围的共振，这是“一个巨大的光谱范围，可以操作”。研究表明，这些晶体电磁特性的快速变化（比如在反射或透射信号之间切换）。

可以通过简单地打开或关闭几个等离子体柱来实现，这种能力显示了这种动态和节能设备用于通信的效用。Eden热衷于进一步优化这种新器件的制造和开关效率，但也很高兴能深入研究其他应用。例如，晶体可以被调谐以响应特定分子的共振，例如大气污染物，并用作高灵敏度检测器。对增加带宽的不可阻挡需求，正在推动未来的无线通信系统进入100ghz-1区域，从而推动对新的信号源和调制器的需求，以及谐振器、移相器和滤波器等补充器件的需求。

目前很少存在这样的器件，并且在毫米波长可用的那些器件的电磁特性通常是固定的，并且以宽(即，低Q)共振为特征。本研究在120千兆赫至170千兆赫频段的三维等离子体/金属/介质光子晶体(PPC)，它们是动态的（在电子速度下可调谐和可重新配置），具有衰减和传输谐振，带宽低于50，控制共振线形状的晶体子晶格之间的干涉通过晶体结构来操纵。将低温等离子体微柱的布拉格阵列结合到本身就是静态晶体的介电/金属支架中，形成两个相互交织的电磁耦合晶体。

等离子体支架晶格产生多个窄带衰减共振，随着等离子体电子密度的增加，这些共振单调地向更高频率移动1.6千兆赫。通过等离子体柱连续布拉格平面的电子激活，来控制PPC的纵向几何形状，揭示了在138.4GHz处意外的双晶对称相互作用和共振Q值大于5100时的相互作用。在等离子体柱/聚合物/金属晶体中引入点或线缺陷增加了支架共振处的透明度(Borrmann效应)，并产生耦合谐振器的Fano线形特征，基于ppc的超材料适用于包括多通道通信、毫米波光谱和多个耦合谐振器的基础研究等应用。

博科园｜研究/来自：美国物理研究所提供
参考期刊《应用物理评论》
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