A medida que las tecnologías 5G continúan evolucionando, los científicos e ingenieros ya están explorando nuevas formas de mejorar las cosas para 6G.Uno de los mayores desafíos a abordar tanto en 5G como en 6G son los numerosos efectos perjudiciales que tiene el funcionamiento a frecuencias extremadamente altas en las comunicaciones inalámbricas.En frecuencias cercanas al rango de terahercios, problemas como la atenuación de la señal y la interferencia son más prominentes, y mantener la integridad de la señal se vuelve mucho más difícil.

Algunos de estos problemas pueden mitigarse en gran medida mediante el uso de materiales aislantes con propiedades dieléctricas excepcionales.Los materiales aislantes a base de vidrio y cerámica dominan actualmente la escena, pero su alto costo y complejidad de fabricación los hacen en gran medida inadecuados para los dispositivos producidos en masa, que son necesarios para 6G de alta gama.¿Podrían los materiales poliméricos ser una mejor alternativa?

En un esfuerzo por responder a esta pregunta, un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Tokio llevó a cabo un estudio sobre las poliimidas (PI), que están ganando terreno como materiales adecuados para operaciones de alta frecuencia.Dirigido por el profesor Shinji Ando e incluido Haonan Liu, el último artículo del equipo fuepublicadoenLetras de Física Aplicadael 6 de junio de 2024.

"Las poliimidas destacan por su excelente estabilidad térmica, dureza mecánica, flexibilidad, ligereza y propiedades dieléctricas favorables. Sin embargo, la correlación entre la estructura molecular de los PI y sus propiedades dieléctricas aún no se ha establecido completamente", explica Ando."Los estudios existentes sobre las propiedades dieléctricas de los PI en el rango de frecuencia de GHz se limitan a menos de 60 GHz, lo que supone un grave obstáculo para el diseño de punteros para materiales PI dieléctricos de próxima generación".

El equipo de investigación intentó abordar esta laguna de conocimiento midiendo y analizando las propiedades dieléctricas de 11 PI con diferentes tipos de estructuras moleculares.Para ello utilizaron un dispositivo llamado resonador Fabry-Pérot, que es actualmente la única herramienta conocida adecuada para medir las propiedades dieléctricas de películas delgadas en el rango de 110-330 GHz con un factor de disipación bajo.

Utilizando el resonador, los investigadores midieron la constante dieléctrica (D_k) y el factor de disipación (DF_{) de las poliimidas.}Para aclarar, tanto D_ky D_Fson representativos de la capacidad de un material para almacenar energía de diferentes maneras, y los valores bajos son críticos para minimizar la pérdida de señal y mantener la integridad de la señal enaltas frecuencias.

Los 11 IP mostraron una D bastante típica_ky D_Fcurvas, mostrando una disminución continua en estos valores a medida que aumentaba la frecuencia.En particular, los IP que contenían un mayor contenido de flúor exhibieron una menor D_kvalores.En particular, una poliimida perfluorada exhibió una D significativamente menor_ky más pequeño D_Fque las otras poliimidas, y la dependencia de la frecuencia de D_ky D_Ftambién es muy pequeño.Otro descubrimiento particularmente interesante fue que el aumento de D_Fse correlacionó negativamente con la fracción polar, es decir, el porcentaje de la masa del polímero compuesto por grupos funcionales polares.

En conjunto, los resultados de este estudio arrojan una luz muy necesaria sobre las cualidades dieléctricas de los PI.Estos datos podrían eventualmente allanar el camino hacia telecomunicaciones más rápidas y confiables al permitir a los ingenieros aprovechar elrango de teraherciosy al mismo tiempo superar los desafíos asociados.Por supuesto, serán necesarios más esfuerzos para identificar el mejor tipo de IP para estos fines.

"Los estudios espectroscópicos en el rango de THz nos ayudarán a inferir indirectamente los orígenes deldieléctricorespuestas de diferentes IP estructurales a altas frecuencias", comenta Ando.

"Esperamos que nuestros hallazgos sean beneficiosos para el desarrollo de materiales aislantes basados ​​en polímeros de alto rendimiento para tecnologías 6G", concluye Ando, ​​con la vista puesta en el futuro.