Zatímco dosavadní mobilní sítě využívají frekvencí do 2.5 GHz, budoucí mobilní sítě 5. generace (tzv. 5G) budou pracovat ve frekvenčním oboru 24 až 72 GHz. To umožní přenosovou rychlost dat až 20 gbps (gbps je zkratka miliardy bitů za sekundu). Základem 5G technologie jsou filtry vysokých frekvencí založené na materiálech s vysokou elektrickou laditelností permitivity a nízkými dielektrickými ztrátami.
Výzkumnému týmu Stanislava Kamby z Fyzikálního ústav AV ČR se podařilo ve spolupráci s americkými a německými kolegy vyvinout nový materiál právě s takovými vlastnostmi. Jedná se o materiál, kde se střídají atomové vrstvy SrTiO3, BaTiO3 a SrO (viz obrázek).
Schematické obrázky krystalových struktur (SrTiO3)n-1(BaTiO3)1SrO vrstev a jejich zobrazení ve skenovacím transmisním elektronovém mikroskopu. Nejlepších mikrovlnných a terahertzových vlastností bylo dosaženo ve vzorcích s n = 6. Žluté oktaedry zobrazují TiO6 vrstvy, větší zelené a červené body značí atomy Sr a Ba.
Vrstvy se nanášely pomocí molekulárních svazků na podložku z DyScO3, která indukuje ve vrstvách mechanické pnutí. Výsledkem růstu byly vrstvy se supermřížkovou strukturou a měnitelnou tloušťkou vrstvy SrTiO3. Nejlepších mikrovlnných parametrů bylo dosaženo ve vrstvách (SrTiO3)5(BaTiO3)SrO. Tyto vrstvy mají nejnižší dielektrické ztráty a vysokou laditelnost permitivity, jakých dosud bylo dosaženo. Tyto vlastnosti umožní zásadní snížení energetické náročnosti mobilních sítí a méně časté nabíjení mobilních telefonů.
Český tým se podílel hlavně na charakterizaci materiálů v terahertzové (1012 Hz) frekvenční oblasti a na interpretaci nízkých dielektrických ztrát i vysoké laditelnosti elektrickým polem. Výsledky byly publikované 23. 12. 2019 v časopise Nature Materials.
Podrobnosti je možné získat u:
Stanislava Kamby,
Fyzikální ústav AV ČR,
kamba [at] fzu [dot] cz,
tel. 266052957,
ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-4699-869X
Autoři:
N.M. Dawley, E.J.Marksz, A.M. Hagerstrom, G.H. Olsen, M.E. Holtz, V. Goian, C. Kadlec, J. Zhang, X. Lu, J.A. Drisko, R. Uecker, S. Ganschow, C.J. Long, J.C. Booth, S. Kamba, C.J. Fennie, D.A. Muller, N.D. Orloff and D.G. Schlom, Nature Materials, https://doi.org/10.1038/s41563-019-0564-4