Znanstvenici su otkrili da zamjena tek osam posto atoma u keramičkom materijalu može potpuno promijeniti njegova električna svojstva, otvarajući put pametnijim i energetski učinkovitijim bežičnim uređajima.
Istraživači sa Sveučilišta Queen Mary u Londonu objavili su u časopisu Science Advances studiju o materijalu stroncijev tantalat. U njega su umjesto dijela atoma ugradili nešto manje atome kalcija, stvorivši sitne distorzije u kristalnoj strukturi. Te promjene, nevidljive golim okom, proizvele su područja električne aktivnosti nazvana polarnim nanoklasterima unutar materijala koji inače ne reagira na elektricitet.
“To je kao kad sustavu koji je imao samo opciju uključeno-isključeno dodate regulatore jačine svjetla”, objasnio je profesor Yang Hao, glavni autor studije. “Male strukturne promjene daju nam puno veću razinu kontrole.”
Rješenje desetljećima starog problema
Najiznenađujući rezultat bio je koliko je malo kalcija potrebno. Najbolji uzorak sadržavao je samo osam posto kalcija, a pokazao je rijetku kombinaciju snažne podesivosti, niskog gubitka energije i stabilnih performansi u širokom rasponu frekvencija.
Inženjeri su se desetljećima suočavali s kompromisom: materijale koje je lako podešavati prati rasipanje energije ili loše performanse na visokim frekvencijama. Ovaj nalaz zaobilazi tu prepreku, što bi moglo ubrzati razvoj podesivih elektroničkih uređaja.
Tim nije stao na laboratoriju. Ugradili su materijal u prototipne antene i mikrovalne uređaje te dokazali da se radna frekvencija može mijenjati naponom ili temperaturom.
Što to znači za budućnost komunikacija
Moderne mreže, sateliti, radarski sustavi i povezani uređaji moraju podnositi sve veće količine podataka i promjenjive uvjete rada. Materijali koji se mogu prilagođavati u stvarnom vremenu omogućili bi sustavima veću učinkovitost i prilagodljivost. Uz to, materijal ne sadrži olovo, što ga čini ekološki prihvatljivijim od mnogih postojećih rješenja.
Ovo otkriće postavlja i pitanje koje istraživači nisu izravno postavili: ako tako male promjene u strukturi materijala daju tako velike rezultate, što još propuštamo u drugim područjima znanosti o materijalima? Slični principi mogli bi se primijeniti na baterije, senzore ili medicinske uređaje.
Dr. Hangfeng Zhang, vodeći autor studije, istaknuo je praktičnu vrijednost: “Bežične tehnologije postaju sve sofisticiranije, a to stvara potrebu za materijalima koji se mogu brzo i učinkovito prilagođavati. Nadamo se da će ovaj pristup pomoći razvoju pametnijih antena i uređaja koji moraju odgovoriti na promjenjive zahtjeve u stvarnom vremenu.”
Od laboratorija do stvarnih uređaja Sljedeći korak za istraživače bit će utvrditi može li se ovaj materijal proizvoditi u većim količinama i pritom zadržati njegova neobična svojstva. Za primjenu u komercijalnim uređajima nije dovoljno da materijal dobro funkcionira u laboratorijskim uvjetima — mora biti pouzdan, dugotrajan i kompatibilan s postojećim proizvodnim procesima. Posebno zanimljivim smatra se potencijal za razvoj rekonfigurabilnih antena. Umjesto da jedna antena radi na unaprijed određenoj frekvenciji, budući bi uređaji mogli mijenjati svoje karakteristike prema trenutačnim potrebama. To bi moglo biti korisno u pametnim telefonima, satelitskim komunikacijama, automobilskim radarima i sustavima interneta stvari. Važna prednost je i mogućnost upravljanja svojstvima materijala različitim načinima, primjerice promjenom napona ili temperature. Takva fleksibilnost mogla bi smanjiti potrebu za većim brojem zasebnih komponenti i omogućiti kompaktnije elektroničke sustave. Ipak, između laboratorijskog prototipa i proizvoda koji će se koristiti svakodnevno još uvijek postoji velik korak. Potrebna su dodatna istraživanja kako bi se… Čitaj više »