La rilevazione di una risonanza collettiva all’interno di una sovrastruttura magnetica apre un nuovo e promettente capitolo nel futuro dei sistemi di comunicazione wireless. Gli scienziati della Osaka Metropolitan University hanno di recente pubblicato uno studio che potenzialmente sblocca lo sviluppo del 6G.
Questa nuova generazione era infatti frenata da un problema di disponibilità di banda, che potrebbe trovare soluzione in un reticolo di solitoni di spin chirali (CSL) in grado di garantire alte frequenze finora irraggiungibili. Grazie a questa scoperta, ora si può infatti sperare in una espansione della banda dagli attuali pochi gigahertz (GHz) a oltre 100 GHz. Un passo avanti significativo, considerando che finora i materiali magnetici utilizzati nelle apparecchiature di comunicazione potevano risuonare e assorbire microonde solo fino a circa 70 GHz.
In un cristallo magnetico la risonanza per raggiungere alte frequenze
Non è stato un caso. La ricerca del team di lavoro guidato dal professor Yoshihiko Togawa è partita proprio dalla lacuna tecnologica che lasciava il 6G senza una data di esordio certa. La sua scoperta riguarda la struttura del CSL che, con la sua peculiare flessibilità, risulta sintonizzabile.
Sottoposta a un campo magnetico di intensità variabile, infatti, subisce continui cambiamenti spiegabili con il movimento oscillatorio collettivo delle sue pieghe intorno alla loro posizione di equilibrio. Questo microscopico fenomeno può essere sfruttato per ottenere gamme di frequenza più ampie di quelle dei materiali ferromagnetici convenzionali.
Seppur compresa a livello teorico, questa risonanza collettiva del CSL non era mai stata osservata in un esperimento. I ricercatori della Osaka Metropolitan University l’hanno cercata e trovata in un cristallo magnetico (CrNb3S6) potendo osservare le sue reazioni sotto l’influenza di campi magnetici esterni e rilevando i segnali di risonanza magnetica con un circuito a microonde appositamente progettato.
Delle tre modalità registrate in laboratorio, solo una si è rivelata funzionale al 6G, quella collettiva. Solo in questo caso, infatti, la frequenza delle oscillazioni aumenta spontaneamente quando l’intensità del campo magnetico diminuisce. Ciò rende possibile raggiungere frequenze molto alte senza richiedere campi magnetici troppo elevati, come accade invece con le altre due modalità Kittel e asimmetrica.
Anche per chi non vuole addentrarsi nei meccanismi dei materiali magnetici, l’esito dell’esperimento è chiaro. Ora, con il CSL, è diventato possibile ottenere un aumento di frequenze a più di 100 GHz applicando un campo magnetico relativamente debole.
La sfida 6G dello spettro: banda alta “conquistata”
L’eccellente controllabilità strutturale finalmente osservata anche in laboratorio rappresenta una svolta per il futuro delle comunicazioni wireless già a partire dal 6G. Tra le criticità ancora aperte di questa generazione c’era infatti la necessità di uno spettro con larghezza di banda contigua a banda ultra-larga che spaziasse da centinaia di MHz a decine di GHz.
Un requisito essenziale per abilitare nuovi servizi, come gli ologrammi mobile ad alta fedeltà e la realtà estesa (XR) completamente immersiva, caratterizzati da comunicazioni ad altissima velocità e da una elevata quantità di dati.
Le ambiziose promesse del 6G – tra cui una velocità 100 volte superiore al 5G – richiedono una capacità ad ampio raggio 20 volte superiore. L’unica strada percorribile oggi per affrontare questa sfida consiste in una combinazione di nuovo spettro, migliore efficienza spettrale e maggiore riutilizzo dello spettro del 5G.
L’osservazione della risonanza collettiva appena rivelata rientra nel capitolo “nuovo spettro”. Estendendolo nell’area delle alte frequenze rende possibile fornire velocità di dati di picco estremamente elevate per le applicazioni a maggiore intensità di banda e collegamenti tra reti di rilevamento ad alta densità. Un contributo strategicamente cruciale per molti settori che stanno attendendo il 6G per accelerare la propria tecnologia e il proprio business.
Il punto di forza del 6G resta sempre la banda media, in grado di fornire contemporaneamente una capacità estrema e una copertura competitiva. A questo quadro vanno aggiunte anche le basse frequenze che, come le alte, riguardano casi particolari, come la garanzia di copertura nelle regioni rurali e remote.
Esteso lo spettro in ogni direzione, si deve passare al suo riutilizzo per raggiungere la capacità richiesta dal 6G, sfruttando tecniche MIMO altamente sofisticate. Questa generazione wireless può supportare circa 1024 elementi di antenna nelle nuove bande medie che contribuiscono a ottenere un aumento significativo della capacità grazie all’invio simultaneo di molti più flussi di dati.
Con questo puzzle di interventi, e grandi speranze per le alte frequenze, lo sviluppo del 6G può procedere più speditamente. Dal laboratorio alle aziende, la strada delle nuove tecnologie non è immediata ma, quando si sa che esistono, si guardano i nuovi orizzonti con maggiore pragmatismo.
