可精确预测电磁波与磁性材料相互作用的新计算工具

知识点：磁性材料

该工具允许工程师设计新型的基于射频的组件，这些组件能够更快速地传输大量数据，并且具有较少的噪声干扰。未来的使用案例包括在智能手机中植入健康监测装置。

磁性材料可以根据它们的极性取向相互吸引或排斥——正负端相互吸引，而两正或两负互相排斥。当像无线电波这样的电磁信号通过这些材料时，磁性材料就像一个门卫，允许输入需要的信号，但是阻止其他信号。它们还可以放大或者减弱信号的速度和强度。

几十年来，工程师们利用这种称为“波-物质相互作用”的守门员效应来制造用于通信技术的设备。例如向特定方向发送信号的环行器或频率选择性限幅器，其通过抑制不需要的信号的强度来减少噪声。

目前的设计工具不够全面和精确，无法捕捉到动态系统中磁性的全貌，如植入式设备。这些工具在消费电子产品的设计上也有局限性。

“我们的新计算工具给电子设计者一个清晰的路径，去弄清楚潜在的材料将如何最好地用在通信设备中，由此而解决问题。”领导这项研究的电气和计算机工程系教授Yuanxun "Ethan" Wang说：“加入了波和磁性材料的特性，用户可以方便快捷、准确地模拟纳米尺度效应。据我们所知，这是第一个包含所有必要的关键物理预测动态行为的一组模型。”

这项研究发表在2018年6月的《IEEE微波理论与技术学报》杂志上。

该计算工具基于一种著名的联合求解方程式——麦克斯韦方程和朗道-利夫希兹-吉尔伯特方程，麦克斯韦方程描述了电和磁是如何工作的，而朗道-利夫希兹-吉尔伯特方程描述了磁化如何在固体物体内运动。

该研究的主要作者Zhi Yao是教授Wang实验室的博士后学者。合著者还有其实验室的博士后Rustu Umut Tok，加州大学洛杉矶分校电气与计算机工程系杰出教授Tatsuo Itoh以及电器工程教授Northrop Grumman。Itoh也是Yao的共同顾问。

该小组正在致力于通过改进这种工具来考虑多种类型的磁性材料和非磁性材料。这些改进可能使它成为一个“通用求解器”，能够解释任何类型的电磁波与任何类型的材料相互作用。

Wang的研究小组最近从国防部高级研究计划署获得了240万美元的补助，以扩大该工具的建模能力，包括探索额外的材料性能。

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