Πολλές από τις τρέχουσες τεχνολογίες ασύρματης επικοινωνίας, απεικόνισης και ανίχνευσης βασίζονται σε εξαρτήματα που μετατρέπουν τα ταλαντευόμενα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία σε ηλεκτρικά σήματα. Τα πιο συνηθισμένα εξαρτήματα είναι οι δίοδοι p-n, ημιαγώγιμες συσκευές που βασίζονται στη μη γραμμική μεταφορά ηλεκτρονίων. Ωστόσο, οι παραδοσιακές δίοδοι παρουσιάζουν περιορισμούς λόγω των θερμικών επιδράσεων που εισάγουν θόρυβο και του πεπειρασμένου χρόνου διέλευσης των ηλεκτρονίων, ο οποίος περιορίζει την απόδοση σε πολύ υψηλές συχνότητες.
Υπέρβαση των περιορισμών των συμβατικών διόδων
Ερευνητές από την Κινεζική Ακαδημία Επιστημών παρουσίασαν μια νέα συσκευή που ονομάζεται «rectenna» (από τις λέξεις rectifier και antenna), η οποία βασίζεται σε ένα ημιμέταλλο Weyl τύπου-ΙΙ. Η συσκευή χρησιμοποιεί το υλικό τετρατελλουρίδιο του νιοβίου και ιριδίου (NbIrTe4) για να ξεπεράσει τα εμπόδια της ευαισθησίας και της θερμοκρασίας λειτουργίας.
Αυτό το κβαντικό υλικό επιτρέπει την αποτελεσματική μετατροπή των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε ηλεκτρικά σήματα σε θερμοκρασία δωματίου, αποφεύγοντας τα κατώφλια θερμικής τάσης που πλήττουν τους παραδοσιακούς ανορθωτές.
Εντυπωσιακές επιδόσεις σε περιβάλλον δωματίου
Στις δοκιμές τους, οι Zhen Hu, Xiaokai Pan και οι συνεργάτες τους απέδειξαν ότι η rectenna μπορεί να λειτουργήσει σε ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων από 20 GHz έως 820 GHz. Η συσκευή επέδειξε ρυθμιζόμενο εύρος ζώνης πλευρικής ζώνης υψηλότερο από 100 GHz και σήματα ενδιάμεσης συχνότητας άνω των 27 GHz. Το εντυπωσιακό είναι ότι η rectenna πέτυχε μίξη υποαρμονικών σε εξαιρετικά χαμηλά επίπεδα ισχύος της τάξης των -25 dBm, αποδεικνύοντας την υψηλή της ευαισθησία.
Προς ταχύτερα και αποδοτικότερα ηλεκτρονικά συστήματα
Η νέα αυτή προσέγγιση προσφέρει μια διαδρομή για τη δημιουργία ταχύτερων συστημάτων ασύρματης επικοινωνίας που λειτουργούν σε συχνότητες χιλιοστομετρικών κυμάτων και Terahertz. Στο μέλλον, η rectenna θα μπορούσε να ενσωματωθεί σε συμπαγείς αισθητήρες και οπτοηλεκτρονικές συσκευές επόμενης γενιάς. Η χρήση τοπολογικών υλικών όπως τα ημιμέταλλα Weyl ανοίγει νέους ορίζοντες για τη μη γραμμική ανόρθωση Hall, προσφέροντας λύσεις εκεί όπου τα παραδοσιακά ημιαγώγιμα στοιχεία αποτυγχάνουν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις των σύγχρονων τηλεπικοινωνιών.