Superestruturas magnéticas como um material promissor para a tecnologia 6G

PHYS, 20/06/2022 

Quando o 6G será uma realidade? A corrida para realizar sistemas de comunicação sem fio de sexta geração (6G) requer o desenvolvimento de materiais magnéticos adequados. Cientistas da Universidade Metropolitana de Osaka e seus colegas detectaram uma ressonância coletiva sem precedentes em altas frequências em uma superestrutura magnética chamada treliça de spin soliton quiral (CSL), revelando helimagnets quirais que hospedam CSL como um material promissor para a tecnologia 6G. O estudo foi publicado na Physical Review Letters.

As tecnologias de comunicação futuras exigem a expansão da banda de frequência dos atuais poucos gigahertz (GHz) para mais de 100 GHz. Essas altas frequências ainda não são possíveis, uma vez que os materiais magnéticos existentes usados ​​em equipamentos de comunicação só podem ressoar e absorver micro-ondas de até aproximadamente 70 GHz com um campo magnético de força prática. Abordando essa lacuna em conhecimento e tecnologia, a equipe de pesquisa liderada pelo professor Yoshihiko Togawa, da Universidade Metropolitana de Osaka, mergulhou na superestrutura de rotação helicoidal CSL.

"CSL tem uma estrutura ajustável em periodicidade, o que significa que pode ser continuamente modulada alterando a força do campo magnético externo", explicou o professor Togawa. "O modo de fônon CSL, ou modo de ressonância coletiva - quando as torções do CSL oscilam coletivamente em torno de sua posição de equilíbrio - permite faixas de frequência mais amplas do que as dos materiais ferromagnéticos convencionais". Este modo de fônon CSL foi entendido teoricamente, mas nunca observado em experimentos.

Buscando o modo de fônon CSL, a equipe experimentou em CrNb 3 S 6, um cristal magnético quiral típico que hospeda CSL. Eles primeiro geraram CSL em CrNb 3 S 6 e depois observaram seu comportamento de ressonância sob a mudança de intensidades de campos magnéticos externos. Um circuito de micro-ondas especialmente projetado foi usado para detectar os sinais de ressonância magnética.

Os pesquisadores observaram a ressonância em três modos, a saber, o "modo Kittel", o "modo assimétrico" e o "modo de ressonância múltipla". No modo Kittel, semelhante ao observado em materiais ferromagnéticos convencionais, a frequência de ressonância aumenta apenas se a intensidade do campo magnético aumentar, o que significa que criar as altas frequências necessárias para o 6G exigiria um campo magnético impraticavelmente forte. O fônon CSL também não foi encontrado no modo assimétrico.

No modo de ressonância múltipla, o fônon CSL foi detectado; ao contrário do que se observa com os materiais magnéticos atualmente em uso, a frequência aumenta espontaneamente quando a intensidade do campo magnético diminui. Este é um fenômeno sem precedentes que possivelmente permitirá um aumento para mais de 100 GHz com um campo magnético relativamente fraco - esse aumento é um mecanismo muito necessário para alcançar a operabilidade 6G.

"Conseguimos observar esse movimento de ressonância pela primeira vez", observou o primeiro autor Dr. Yusuke Shimamoto. "Devido à sua excelente controlabilidade estrutural, a frequência de ressonância pode ser controlada em uma banda larga até a banda sub-terahertz. Essa característica de banda larga e frequência variável excede 5G e espera-se que seja utilizada em pesquisa e desenvolvimento de tecnologias de comunicação de próxima geração ."

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Fonte:https://phys.org/news/2022-06-magnetic-superstructures-material-6g-technology.html