Badacze z UAB opracowali innowacyjny przełącznik do komunikacji 6G, który podwaja wydajność do 120 GHz i zmniejsza zużycie energii, obiecując większy zrównoważony rozwój i wydajność w telekomunikacji.
Urządzenie, przełącznik telekomunikacyjny, zwiększa trwałość i oferuje dwukrotnie większą wydajność niż istniejące urządzenia.
Naukowcy z UAB opracowali przełącznik telekomunikacyjny, który działa na niezwykle wysokich częstotliwościach, zużywając przy tym mniej energii niż tradycyjne technologie. Ta innowacja, odpowiednia dla nadchodzących systemów komunikacji 6G, zapewnia większą trwałość dzięki zmniejszonemu zużyciu energii. Wyniki opublikowano niedawno w czasopiśmie Elektronika natury.
Niezbędnym elementem sterowania sygnałami w urządzeniach komunikacji elektronicznej jest wyłącznik, którego zadaniem jest umożliwienie przejścia sygnału elektrycznego (stan włączenia) lub jego zablokowanie (stan wyłączenia). Najszybsze obecnie elementy realizujące tę funkcję są oparte na krzemie (tzw. przełączniki MOSFET RF krzem na izolatorze) i działają w oparciu o sygnały o częstotliwościach rzędu dziesiątek gigaherców (GHz).
Są jednak niestabilne, tzn. wymagają stałego źródła zasilania, aby utrzymać stan WŁĄCZENIA. Aby udoskonalić obecne systemy komunikacji i sprostać zapotrzebowaniu na coraz szybszą komunikację, która będzie opierać się na Internecie Rzeczy (IoT) i popularyzacji rzeczywistości wirtualnej, konieczne jest zwiększenie częstotliwości sygnałów, z którymi te elementy są w stanie współdziałać, oraz poprawić ich wydajność.
Przełom w technologii przełączników
W ramach międzynarodowej współpracy naukowców z Wydziału Telekomunikacji i Inżynierii Systemów UAB opracowano przełącznik, który po raz pierwszy jest w stanie pracować z częstotliwością dwukrotnie większą niż obecne urządzenia na bazie krzemu, w zakresie częstotliwości do 120 GHz i bez konieczności podawania stałego napięcia.
W nowym przełączniku zastosowano nielotny materiał zwany hBN (sześciokątny azotek boru), który umożliwia aktywację jego stanu WŁ. lub WYŁ. poprzez przyłożenie impulsu napięcia elektrycznego zamiast stałego sygnału. W ten sposób możliwe do osiągnięcia oszczędności energii są bardzo znaczące.
Zdjęcie mikroskopowe urządzenia opublikowane w Nature Electronics. Źródło: Universitat Autonoma de Barcelona
„Nasz zespół badawczy z Wydziału Telekomunikacji i Inżynierii Systemów UAB był zaangażowany w projektowanie urządzeń i ich charakterystykę eksperymentalną w laboratorium” – wyjaśnia badacz Jordi Verdú. „Po raz pierwszy udało nam się zademonstrować działanie przełącznika opartego na nielotnym materiale hBN, w zakresie częstotliwości do 120 GHz, co sugeruje możliwość wykorzystania tej technologii w nowej komunikacji masowej 6G systemów, w których wymagana będzie bardzo duża liczba tych elementów.” Dla Verdú jest to „bardzo ważny wkład nie tylko z punktu widzenia wydajności urządzenia, ale także w kierunku znacznie bardziej zrównoważonej technologii pod względem zużycia energii”.
Urządzenia te działają dzięki właściwościom memrystancji, zmiany oporu elektrycznego materiału pod wpływem napięcia. Do tej pory bardzo szybkie przełączniki opracowywano eksperymentalnie z memrystorów (urządzeń z pamięcią) utworzonych z dwuwymiarowych sieci sześciokątnego azotku boru (hBN) połączonych ze sobą w celu utworzenia powierzchni. Przy takim układzie częstotliwość urządzenia mogłaby sięgać aż do 480 GHz, ale tylko przez 30 cykli, tj. bez praktycznego zastosowania. Nowa propozycja wykorzystuje ten sam materiał, ale ułożony w formie superpozycji warstw (w sumie od 12 do 18 warstw), które mogą pracować z częstotliwością 260 GHz i charakteryzują się wystarczająco wysoką stabilnością wynoszącą około 2000 cykli, aby można je było wdrożyć w urządzeniach elektronicznych.
Odniesienie: „Obwody memrystywne oparte na wielowarstwowym sześciokątnym azotku boru do zastosowań w zakresie fal milimetrowych” autorstwa Sebastiana Pazos, Yaqing Shen, Haoran Zhang, Jordi Verdú, Andrés Fontana, Wenwen Zheng, Yue Yuan, Osamah Alharbi, Yue Ping, Eloi Guerrero, Lluís Acosta, Pedro de Paco, Dimitra Psychogiou, Atif Shamim, Deji Akinwande i Mario Lanza, 1 lipca 2024 r., Elektronika natury.
DOI: 10.1038/s41928-024-01192-2
Wyniki badania opublikowano niedawno w czasopiśmie Elektronika naturykoordynował Uniwersytet Naukowo-Technologiczny Króla Abdullaha (KAUST) w Arabia Saudyjskaprzy udziale badaczy z Wydziału Telekomunikacji i Inżynierii Systemów UAB Jordi Verdú, Eloi Guerrero, Lluís Acosta i Pedro de Paco, a także badaczy z Uniwersytetu Teksasu w Austin (USA), Tyndall National Institute i University College Cork (oba w Irlandii).
