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  • 芯片上天线

    剑桥大学的研究队伍已揭开了电磁性的一个秘密;它能使天线的设计小到可集成到一芯片上。现代电子学中最大的问题是天线仍然十分大。原因有二;1.马克斯威的电磁理论不够全面;2. 与能量辐射相关的物理量没有很好理解。剑桥大学的研究人员发现用压电材料薄膜也能发射电磁波;对电磁的性质有了新的认识。提出电场对称破缺和电子加速都能电磁发射的理论。这种发现对将来的应用十分重要,不仅在每日使用的移动技术,也帮助发展互联网;普及每日在家和办公室的计算。芯片上超小天线使天线向前产生巨大飞跃。

    编辑摘要

    剑桥大学的研究队伍已揭开了电磁性的一个秘密;它能使天线的设计小到可集成到一电子芯片上。这些最小的天线,称为半导体设计的最后一道防线,是无线电通讯的一次巨大飞跃。

    新结果发表在物理评论快报(the journal physical review Letters)期刊上。这些研究人员提议,电磁波不仅由电子加速产生;也由一种称为对称破缺的现象产生。对无线电通讯而言,这个发现,可帮助监定经典电磁理论和量子力学理论的重叠点。

    由于电子加速导致辐射的现象早在一个多世纪前就确定了。量子力学无这方面的论述。新观察到的电场对称破缺导至辐射,可提供这二个领域的一些联系。

    无论通讯塔或手机的天线,在现代电子学中最大的问题,就是天线仍然十分大,和电子线路不匹配,线路是超小,而且随时间延长,还要变小。

    想把系统做小,天线是个限制的因素。天线的尺寸由使用的波长和传输频率决定。大多情况下,采用天线尺寸和应用特性的妥协办法。

    另一个问题是,和能量辐射相关的物理变量没有很好地了解;现在只有马克斯威的电磁理论;电磁辐射由加速电子产生。

    但这理论处理电介质固体发射无线电波时就出问题;在电介质中,没有自由电子。但电介质谐振器已在移动电话中用作天线。这是什麽道理?科学家不解,已有60多年了。

    剑桥研究队伍用压电材料薄膜,一种典型的绝缘材料,在某种频率下这种材料不仅变成有效的共振器,并能有效地发射,表明它们能用作天线。

    研究人员决定,出现这种现象的理由是电场对称破缺(symmetry breaking of the electric field )附带有电子加速。在一已知系统内,对称是一种指示,电子的电荷不运动时,电场是对称的。

    研究人员发现,压电薄膜受到非对称激发时,系统的对称类似被打破,引起相应的对称破缺而导致电磁辐射。

    如想利用这些材料传送能量,就必须打破对称和加速电子。这是电磁理论缺少的一块拼团。这些结果帮助了解电磁性和量子力学的交叉点。它打开探索的整个可能。

    这种发现将来的应用是十分重要的。不仅在每日使用的移动技术,也帮助发展互联网:普及每日在家和办公室的计算。在芯片上超小的天线是向前的巨大跳跃。

    参考文献:

    'New understanding of electromagnetism could enable'antennas on a chip'" www.camac.uk/research/news/new-understanding-of-electromagnetism-could-enable-antennas-on-a-chip

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