Любой пользующийся смартфоном или любым другим беспроводным гаджетом держит в руках среди прочих технологических достижений магию радиочастотных фильтров (RF). Эти узлы в составе электроники выбирают из великого множества сигналов в эфире определённые, блокируя при этом посторонние. Новая миниатюрная деталь вскоре может послужить для мобильной связи шестого поколения, то есть 6G.

Исследователи из Пенсильванского университета (Penn Engineering) объясняют, что по мере появления новых технологий — уже существующей 5G и грядущей 6G — быстро растёт количество диапазонов для беспроводной связи. Вместе с прогрессом устаревают технологии с использованием отдельных, фиксированных RF для каждого канала связи.

Вот почему инновационный «фильтр на все случаи», разработанный инженерами Penn Engineering, может кардинально изменить беспроводную связь. Универсальный миниатюрный фильтр способен динамически настраиваться на пропускание любых желаемых частот, без путаницы — это один RF, который, так сказать, «рулит» всеми диапазонами.

Новый фильтр сопоставим размером с монетой в 25 центов США, диаметр которой, кстати, 24,3 мм. И вместе с тем он может произвести революцию в беспроводной связи.

Ключ к успеху — в ультратонкой плёнке из магнитного материала, известного в российских источниках как железо-иттриевый гранат (ЖИГ), формула Y₃Fe₅O₁₂. Так, в журнале «Физика твёрдого тела» за 2009 год писали, что это хорошо изученное ферримагнитное соединение, широко применяемое в микроволновых и магнитооптических устройствах.

При воздействии магнитного поля плёнка из ЖИГ может генерировать микроскопические волны, которые называют магнитостатическими. Они резонируют на разных частотах в зависимости от силы воздействующего магнитного поля.

Это похоже на то, как натяжение или ослабление гитарной струны изменяет высоту звучания. Вот только в случае с новым RF «струны» сформированы спиновыми волнами, проходящими через молекулярные силовые поля намагниченных атомов. Спиновые волны — это волны намагниченности в ферро-, антиферро- и ферримагнитных материалах. Путём управления магнитным полем на плёнке из ЖИГ можно непрерывно настраивать частоты магнитостатических волн.

Одной из самых сложных задач было выяснить, как создать настраиваемое магнитное поле в ультракомпактном изделии с низким энергопотреблением, подходящем для современных тонких смартфонов и интернет-датчиков. Кстати, традиционные фильтры с ЖИГ часто основаны на громоздких, энергоёмких электромагнитах размером с банку колы, что совершенно неприемлемо для современных гаджетов и беспроводных устройств.

Инженеры из Penn Engineering нашли решение с помощью удивительно простой, но блестящей по задумке и исполнению схемы магнитной настройки размером примерно с пару батареек типа АА.