美国国家标准技术研究院(NIST)的研究人员与一个国际团队一起，为微波和先进通信设备设计和测量了可能重要的新型纳米结构材料。根据NIST的测量，这种新材料-多层晶体三明治系列-可以为手机等设备提供全新的紧凑型，高性能，高效率组件。

　　NIST的物理学家之一，詹姆斯·布斯说：“这些材料是材料基因组计划所说的'设计材料'的一个很好的例子。” “材料科学在以原子尺度设计复杂结构以创建具有以前闻所未闻的特性的材料方面越来越好。”

　　新的多层晶体是所谓的“可调电介质”，是电子设备的心脏，例如，它使手机能够调谐到精确的频率，从可能的信号中选出唯一的信号。

　　根据NIST材料科学家Nathan Orloff的说法，很难在微波范围及更高频段工作的可调谐电介质(现代通信应用通常使用几吉赫兹左右的频率)。“人们数十年来一直在创造可调谐微波电介质，但它们总是消耗过多的功率。” 这些新材料在高达100 GHz的频率下都能很好地工作，从而为下一代用于高级通信的设备打开了大门。

　　现代手机电介质使用的材料在其晶体结构中会遭受原子错位或缺失的问题，这些原子称为“缺陷”，会干扰介电性能并导致功率损耗。Orloff说，这种新材料的一个主要特征是它们可以自我校正，从而减少了晶体中重要部分的缺陷影响。他说：“我们称这种材料具有'完美的缺陷'。” “当晶体生长时，其中一部分会容纳缺陷而不会影响晶体的良好部分。它能够自我校正并制造出完美的介电砖，从而罕见地将高调谐和低损耗结合在一起。”

　　这种新材料具有氧化锶层，据信这种氧化层具有自我校正功能，可分隔可变数量的钛酸锶层。钛酸锶本身通常是一种相当稳定的电介质-根本不是真的可调谐的-但另一点纳米结构巫术可以解决这一问题。夹层在基板材料的顶部以薄膜状晶体生长，其晶体间距不匹配，从而在钛酸锶结构中产生应变，从而使电介质的稳定性较差，但可以调谐。奥尔洛夫说：“这就像将一张大号床单放在一张特大号床上。” “应变与缺陷控制的结合带来了独特的电子性能。”

　　研究团队的一项重要发现是，除了在晶体夹层结构中增加应变外，在氧化锶层之间添加钛酸锶层还增加了结构的室温“可调性”性能，从而为结构提供了新的机理。控制物质反应。他们最近在《自然》杂志上报道的材料在每一氧化锶层之间有六层钛酸锶。

　　这种新型的三明治材料在如此宽的频率范围内具有出色的可调谐电介质性能，以至于Booth领导的NIST团队不得不开发一种新的测量技术，即在测试膜的顶部制造一系列的测试结构，测量其电子特性。“我们能够根据频率从10赫兹一直到125 GHz的频率来表征这些材料的性能。这相当于在相同的实验设置下测量从几千米到微米的波长，” Orloff补充说：“与给定的应用领域相比，这种材料的损耗要低得多，可调性要高得多。”

　　一个国际研究人员团队为NAST，康奈尔大学，马里兰大学，宾夕法尼亚州立大学，ASCR物理研究所(捷克共和国)，加泰罗尼亚政治大学(西班牙)，卡夫里大学等机构撰写了最新论文。康奈尔大学纳米科学研究院，橡树岭国家实验室，莱布尼兹晶体生长研究所(德国)，德克萨斯大学奥斯汀分校和天普大学。