Cientistas da Universidade de Illinois criaram blocos do tamanho de cubos de açúcar de um material eletromagnético com potencial para transformar redes de comunicação.

Vários países estão construindo sistemas de comunicação futurísticos usando ondas eletromagnéticas de alta frequência para transferir mais dados em taxas mais rápidas, mas eles não têm componentes de rede para lidar com essas larguras de banda maiores. O pesquisador J. Gary Eden provou que seu novo dispositivo pode alternar rapidamente a funcionalidade para realizar as diversas tarefas necessárias para dar suporte a uma rede com frequências portadoras de mais de 100 gigahertz. A arquitetura em escala minúscula oculta dentro dos blocos de cubos de açúcar é descrita em Avaliações de Física Aplicada .

"Esta tecnologia é particularmente interessante, porque gera vários canais operando simultaneamente em diferentes frequências. Basicamente, isso permite que várias conversas ocorram na mesma rede, que é o coração das comunicações sem fio de alta velocidade, "explicou Eden.

O plasma é fundamental para alternar rapidamente entre funções e frequências, mas os cristais eletromagnéticos anteriores baseados em plasma eram grandes demais para operar em altas frequências. A chave está em criar uma estrutura com espaçamento entre as colunas de plasma e metal tão pequeno quanto o comprimento de onda da radiação que está sendo manipulada.

O comprimento de onda das ondas eletromagnéticas diminui à medida que a frequência e a largura de banda aumentam. Para realizar cristais de alta largura de banda operando em frequências acima de 100 GHz, um projeto em pequena escala é necessário.

A equipe de Eden desenvolveu um andaime impresso em 3D, que serviu como um negativo da rede desejada. Um polímero foi derramado e, uma vez definido, microcapilares de 0,3 milímetros de diâmetro foram preenchidos com plasma, metal ou um gás dielétrico. Usando esta técnica de moldagem de réplicas, levou quase cinco anos para aperfeiçoar as dimensões e espaçamentos dos microcapilares na estrutura semelhante a uma pilha de madeira.

"A montagem do material foi extremamente exigente, "disse Eden, mas eventualmente, ele e sua equipe foram capazes de usar seu material para observar a ressonância abrangendo a região de frequência de 100 GHz a 300 GHz, que Eden notou como "uma enorme faixa espectral sobre a qual operar".

O grupo mostrou que mudanças rápidas nas características eletromagnéticas desses cristais - como alternar entre sinais de reflexão ou transmissão - poderiam ser alcançadas simplesmente ligando ou desligando algumas colunas de plasma. Essa capacidade mostra a utilidade de um dispositivo tão dinâmico e eficiente em termos de energia para comunicações.

Eden está ansioso para otimizar ainda mais a eficiência de fabricação e troca deste novo dispositivo, mas também está animado para se aprofundar em outras aplicações. Por exemplo, o cristal pode ser ajustado para responder às ressonâncias de moléculas específicas, por exemplo., poluentes atmosféricos, e ser usado como um detector altamente sensível.