改变我们学习黄金的方式如何促进通信技术

在正确的情况下，推动什么都比推动什么都难——至少当“某物”是金子的时候。这是一篇新材料科学论文中的发现，这一发现可能加速新无线通信技术的发展。

问题

争论的焦点是欧姆射频微机械系统开关（RF-MEMS开关）。对于一个非常小的物体来说，这是一个非常长的名字。RF-MEMS开关基本上只是金属开关。它们很小——只有微米或百万分之一米长。但它们是下一代低能耗无线通信设备的关键，如卫星和手机。

但RF-MEMS开关可能不可靠，经常会断开或卡在“开启”位置。而且，正如你所想象的，在手机上安装微米长的开关是有问题的——在卫星上几乎不可能。

“解决RF-MEMS开关的可靠性问题是一个挑战，因为这些开关必须在复杂的环境中工作，”他说道格·欧文他是该论文的高级作者，也是北卡罗来纳州立大学的材料科学研究员。“我们需要一种不会失去导电性的材料(当暴露在氧气中，由于氧化，也就是生锈)，但又足够强大，可以在反复翻转的同时处理电流和温度的变化。”

黄金满足了这些需求中的大部分。但黄金走势疲软。如果你推得太用力或太频繁，它就会弯曲变形，你的RF-MEMS开关就不能工作了。

因此，研究人员花了数年时间，试图找到一种既能保持黄金良好性能(如导电性)，又能承受打击的黄金合金。

大多数，如果不是全部，研究这个问题的研究人员已经测试了他们的实验金合金的硬度，通过推动它们，而不是让电流通过他们推动的探针。记住这个探针，因为事实证明，电流的缺乏会造成很大的不同。

研究

这就是道格·欧文的研究团队的用武之地。欧文是一位计算材料设计专家。这意味着他开发了复杂的计算机模型，以了解各种变量（如热或电）如何影响不同材料的行为。

当RF-MEMS开关用黄金合金的问题摆在他的桌上时，他想看看让电流通过探头是否会有不同。毕竟，这些开关只有在电流通过时才会工作。

欧文的团队设计了一个模型，当探针在0.2伏的恒定电压下运行时，评估金的硬度(如果这听起来不太强大，那就不是了。这些是低能的，记得吗？）

然后，他们用纳米宽的探针以三种方式接触模型：探针与金表面齐平；探针与一些金接触，但也覆盖了表面的“空洞”或空白（这种空洞在纳米级很常见）；探针接触到一些金，但也覆盖了一袋碳氢化合物（因为这些污染物也很常见）。

调查结果

研究人员发现，当探针与金表面齐平时，金变得更加柔软，而不是当探针覆盖空隙或与碳氢化合物接触时。

“电压导致电流，电流导致热量，”欧文说当探针与金表面齐平时，它将热量传导到材料的深处，使探针的压力更容易使金属变形。碳氢化合物和空空间不传导电流，因此电流——及其相关热量——在边缘扩散。热量没有超出材料表面多少。”

为了将这一发现放在上下文中，欧文的团队再次进行了相同的测试，但没有通过探针运行0.2V。在这些测试中，当探针与表面齐平时，金的硬度要高得多。

“电压产生了巨大的差异，”欧文说这突出了在“使用中”条件下测试材料的必要性，尽可能接近材料在最终应用中面临的条件。”

这并没有解决寻找RF-MEMS开关的完美合金的问题，但它确实提出了更好的策略。“通过将电流纳入方程，我们应该能更快地找到合适的材料，”欧文说。

他们越早找到合适的材料，工程师就越早能够利用这种材料开发弹性RF-MEMS开关和相关技术。

报纸，”焦耳加热、粗糙度和污染物对多晶金相对硬度的影响(第一年通过IOPSelect开放获取)物理学杂志:凝聚态物质. 这篇论文的主要作者是克里斯托弗·弗雷泽，他曾是北卡罗来纳州的本科生。合著者包括博士季晓音。NC州立大学的学生，布朗大学的安古斯.金恩。