Физики придумали, как уменьшить антенны в сто раз

Благодаря новой технологии антенны следующего поколения могут стать в сто раз более миниатюрными. По сравнению с современными антеннами, размер которых составляет не менее одной десятой длины рабочей волны электромагнитного излучения, новые можно сделать размером около одной тысячной длины волны. Статья с описанием технологии и результатами экспериментов опубликована в Nature Communications.

Традиционные антенны работают по принципу резонанса. Они представляют собой жесткие металлические конструкции, геометрические параметры которых определяют соответствующую длину волны, что накладывает ограничения на миниатюризацию. Новая антенна, разработанная Нянь Сунем и его коллегами, представляет собой мембрану, настроенную не на длину электромагнитной волны, а на частоту внутренних акустических колебаний, спаренных с намагниченностью. Это позволяет создавать работоспособные устройства намного меньшего размера.

Исследователи создали активируемую акустическим возбуждением наномеханическую антенну со связанной ферромагнитной и пьезоэлектрической гетероструктурой в виде тонкой пленки. Благодаря магнитоэлектрическому эффекту она принимает и посылает электромагнитные волны на резонансной частоте акустических колебаний. Объемные акустические волны вызывают колебания намагниченности тонкой ферромагнитной пленки, из-за чего возникает излучение. Аналогичным образом эти антенны «чувствуют» магнитное поле в падающем излучении, которое переводят в электрический сигнал посредством пьезоэлектрического эффекта.

Авторы показывают, что резонансной частотой мембраны можно управлять, придавая ей различные геометрические формы, а также демонстрируют два варианта реализации технологии, позволяющие работать в радиодиапазоне от дециметровых до метровых волн. Созданные устройства работают лучше, чем традиционные антенны сравнимого размера. Кроме того, им необходима лишь простейшая электроника и никаких батарей. Ученые рассчитывают, что их разработка найдет применение в портативных системах беспроводной передачи данных, в том числе носимой электронике, смартфонах, имплантатах и «Интернете вещей».