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Quando diventerà realtà il 6G? La corsa alla realizzazione di sistemi di comunicazione wireless di sesta generazione (6G) richiede lo sviluppo di materiali magnetici adeguati. Scienziati dell'Osaka Metropolitan University e i loro colleghi hanno rilevato una risonanza collettiva senza precedenti ad alte frequenze in una sovrastruttura magnetica chiamata reticolo di soliton spin chirale (CSL), rivelando elimagneti chirali che ospitano CSL come materiale promettente per la tecnologia 6G. Lo studio è stato pubblicato in Physical Review Letters .
Le future tecnologie di comunicazione richiedono l'espansione della banda di frequenza dagli attuali pochi gigahertz (GHz) a oltre 100 GHz. Frequenze così elevate non sono ancora possibili, dato che i materiali magnetici esistenti utilizzati nelle apparecchiature di comunicazione possono risuonare e assorbire solo microonde fino a circa 70 GHz con un campo magnetico di potenza pratica. Affrontando questa lacuna nella conoscenza e nella tecnologia, il gruppo di ricerca guidato dal professor Yoshihiko Togawa dell'Università Metropolitana di Osaka ha approfondito la sovrastruttura a rotazione elicoidale CSL.
"Il CSL ha una struttura sintonizzabile nella periodicità, il che significa che può essere continuamente modulato modificando l'intensità del campo magnetico esterno", ha spiegato il professor Togawa. "La modalità fononica CSL, o modalità di risonanza collettiva, quando i nodi del CSL oscillano collettivamente attorno alla loro posizione di equilibrio, consente intervalli di frequenza più ampi di quelli dei materiali ferromagnetici convenzionali". Questa modalità fononica CSL è stata compresa teoricamente, ma mai osservata negli esperimenti.
Alla ricerca della modalità fononica CSL, il team ha sperimentato su CrNb3 S6 , un tipico cristallo magnetico chirale che ospita CSL. Per prima cosa hanno generato CSL in CrNb3 S6 e quindi ha osservato il suo comportamento di risonanza al variare delle intensità del campo magnetico esterno. Per rilevare i segnali di risonanza magnetica è stato utilizzato un circuito a microonde appositamente progettato.
I ricercatori hanno osservato la risonanza in tre modalità, vale a dire la "modalità Kittel", la "modalità asimmetrica" e la "modalità di risonanza multipla". Nella modalità Kittel, simile a quanto osservato nei materiali ferromagnetici convenzionali, la frequenza di risonanza aumenta solo se l'intensità del campo magnetico aumenta, il che significa che la creazione delle alte frequenze necessarie per il 6G richiederebbe un campo magnetico poco pratico. Il fonone CSL non è stato trovato nemmeno in modalità asimmetrica.
Nella modalità di risonanza multipla, è stato rilevato il fonone CSL; contrariamente a quanto si osserva con i materiali magnetici attualmente in uso, la frequenza aumenta spontaneamente al diminuire dell'intensità del campo magnetico. Si tratta di un fenomeno senza precedenti che potrebbe consentire un aumento di oltre 100 GHz con un campo magnetico relativamente debole:questo aumento è un meccanismo molto necessario per ottenere l'operabilità 6G.
"Siamo riusciti a osservare questo movimento di risonanza per la prima volta", ha osservato il primo autore, il dottor Yusuke Shimamoto. "Grazie alla sua eccellente controllabilità strutturale, la frequenza di risonanza può essere controllata su un'ampia banda fino alla banda sub-terahertz. Questa caratteristica a banda larga e frequenza variabile supera il 5G e dovrebbe essere utilizzata nella ricerca e nello sviluppo di tecnologie di comunicazione di prossima generazione ." + Esplora ulteriormente
