Induktanssikelat ovat yhä olennaisesti samanlaisia kuin millaisiksi Michael Faraday loi ne vuonna 1831. Niiden sijoittaminen mikropiireille on yhä vaikeampaa sillä korkea induktanssi ja pienentyvä koko ovat olleet saavuttamaton yhdistelmä. Nyt professori Kaustav Banerjeen johtama tutkijaryhmä Kalifornian yliopistossa Santa Barbarassa on ottanut materiaalipohjaisen lähestymistavan tämän peruskomponentin kehittämiseksi.
Banerjee ja hänen kansainvälinen ryhmänsä on hyödyntänyt kineettisen induktanssin ilmiötä, minkä avulla voidaan tuottaa pohjimmiltaan uudenlainen induktanssi.
Kaikki induktorit tuottavat sekä magneettista että kineettistä induktanssia, mutta metallijohteissa keloissa kineettinen induktanssi on niin pieni, että se ei ole havaittavissa. - Kineettisen induktanssin teoria on pitkään ollut tiedossa kondensoituneen aineen fysiikassa, mutta kukaan ei koskaan ole käyttänyt sitä induktoreihin, koska tavanomaisissa metallijohteissa kineettinen induktanssi on vähäpätöinen, Banerjee selvittää.
Toisin kuin magneettinen induktanssi, kineettinen induktanssi ei riipu induktorin pinta-alasta. Pikemminkin kineettinen induktanssi vastustaa virran vaihteluita, joka muuttaa elektronien nopeutta ja elektronit vastustavat tällaista muutosta Newtonin inertialain mukaan.
Banerjeen tiimi kehitti grafeenista uudenlaisen spiraali-induktorin. Yhden kerroksen grafeenilla on lineaarinen elektroninen kaistarakenne ja vastaavasti suuri momentin relaksaatioaika (MRT), mutta yksikerroksisen grafeenin resistanssi on kuitenkin liian suuri induktorille.
Monikerroksinen grafeeni tarjoaa osittaisen ratkaisun tuottamalla pienemmän resistanssin, mutta välikerrosten kontaktit aiheuttavat MRT:n olevan riittämättömän pieni. Tutkijat voittivat tämän ongelman erikoisella ratkaisulla. He siirsivät kemiallisesti bromiatomeja grafeenikerrosten väliin, mikä ei pelkästään vähentänyt resistanssia vaan myös erotti grafeenikerrokset riittävästi laventamaan MRT:tä ja lisäten näin kineettistä induktanssia.
Uudenlainen kela toimii 10-50 GHz:n alueella, eli e tuottaa perinteiseen nähden puolitoistakertaisen induktanssitiheyden. Tämä johtaa kolmasosan pienenemiseen alassa ja tarjoaa samalla erittäin hyvän tehokkuuden. Lisäksi kineettisellä induktanssilla ei ole kytkentävaikutusta naapuri-induktansseihin.
Tutkijoiden mukaan kelassa on vielä runsaasti mahdollisuuksia parantaa induktanssitiheyttä lisäämällä interkalatioprosessin tehokkuutta, johon he jo panostavat. - Olemme olennaisilta osiltaan kehittäneet uuden nanomateriaalin, jotta kineettisen induktanssin aikaisemmin "piilossa ollut fysiikka" voitaisiin tuoda esille huoneen lämpötilassa ja useilla toimintataajuuksilla, jotka kohdistuvat seuraavan sukupolven langattomaan viestintään, Banerjee lisää.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 28.2.2018
Autoteollisuus on siirtymässä yhä monimutkaisempiin ohjelmistopohjaisiin järjestelmiin, joissa virheetön ohjelmisto on elintärkeää turvallisuuden ja suorituskyvyn varmistamiseksi. Ohjelmiston laatu ja luotettavuus eivät ole enää vain valinnaisia ominaisuuksia, vaan kriittisiä vaatimuksia erityisesti autonomisessa ajamisessa, kehittyneissä kuljettajaa avustavissa järjestelmissä (ADAS) ja yhdistetyissä ajoneuvojärjestelmissä.
Kestävä digitaalinen infrastruktuuri on kriittinen, jotta tietoliikenneverkot voidaan tehokkaasti valjastaa tekoälyinnovaatioiden ja pilvipohjaisten palveluiden tarpeisiin. Tekoälyyn liittyvien datarikkaiden sovellusten lisääntyvä kysyntä edellyttää tietoliikenneverkkoa, joka kykenee käsittelemään suuria tietomääriä alhaisella viiveellä, kirjoittaa Orange Businessin kumppaniratkaisuista vastaava Carl Hansson.
Euroopan unioni ottaa merkittävän askeleen avaruusteknologian kehittämisessä allekirjoittamalla sopimuksen uuden IRIS²-satelliittijärjestelmän toteuttamisesta. Tämä 290 satelliitin verkko on suunniteltu vahvistamaan Euroopan itsenäisyyttä ja turvallista yhteydenpitoa.
Jotta voidaan vastata uuden teknologian vaatimuksiin ja pitää järjestelmät toimimassa ”kellon tavoin”, on aika harkita ajoitusratkaisuja uudelleen. Tässä kaksiosaisessa "Precision Timing" -artikkelissa opit, miksi mikroelektromekaanisiin järjestelmiin eli MEMS-komponentteihin perustuvat piiajoituslaitteet päihittävät kvartsin elektroniikkasuunnittelun uudella aikakaudella. 
Matalatehoisten langattomien ratkaisujen asiantuntija Nordic Semiconductor ja eSIM-ratkaisuja kehittävä Kigen ovat julkistaneet yhteistyön, joka sujuvoittaa massiivisten IoT-verkkojen käyttöönottoa. Yhdessä he esittelevät CES 2025 -messuilla ratkaisun, joka yhdistää Nordic Semiconductorin nRF9151-moduulin ja Kigenin SGP.32 IoT eSIM-teknologian sekä laitteiden hallinta-alustan.
