Naukowcy z UAB brali udział w opracowaniu przełącznika, niezbędnego urządzenia w telekomunikacji, zdolnego do pracy przy bardzo wysokiej częstotliwości przy niższym zużyciu energii niż konwencjonalne technologie. Technologia ta ma zastosowanie w nowych systemach komunikacji masowej 6G i jest bardziej zrównoważona pod względem zużycia energii niż obecne urządzenia. Badanie zostało niedawno opublikowane w Elektronika przyrodnicza.

Niezbędnym elementem do sterowania sygnałami w urządzeniach komunikacji elektronicznej jest przełącznik, którego funkcją jest przepuszczanie sygnału elektrycznego (stan ON) lub blokowanie go (stan OFF). Najszybsze elementy obecnie wykorzystywane do realizacji tej funkcji są oparte na krzemie (tzw. przełączniki MOSFET RF silicon-on-insulator) i działają przy użyciu sygnałów o częstotliwościach dziesiątek gigaherców (GHz). Są one jednak niestabilne, tzn. wymagają stałego źródła zasilania, aby utrzymać stan ON. Aby udoskonalić obecne systemy komunikacyjne i sprostać zapotrzebowaniu na coraz szybszą komunikację, która będzie wiązała się z Internetem Rzeczy (IoT) i popularyzacją rzeczywistości wirtualnej, konieczne jest zwiększenie częstotliwości sygnałów, z którymi te elementy są w stanie działać, i poprawa ich wydajności.

Międzynarodowa współpraca z udziałem naukowców z Wydziału Telekomunikacji i Inżynierii Systemów UAB doprowadziła do opracowania przełącznika, który po raz pierwszy jest w stanie pracować z częstotliwością roboczą dwukrotnie wyższą niż obecne urządzenia oparte na krzemie, w paśmie częstotliwości do 120 GHz, i bez konieczności stosowania stałego napięcia.

Nowy przełącznik wykorzystuje nielotny materiał, zwany hBN (heksagonalny azotek boru), który umożliwia aktywację stanu ON lub OFF poprzez zastosowanie impulsu napięcia elektrycznego zamiast stałego sygnału. W ten sposób można uzyskać bardzo znaczące oszczędności energii.

„Nasz zespół badawczy z Wydziału Telekomunikacji i Inżynierii Systemów na UAB był zaangażowany w projektowanie urządzeń i ich eksperymentalną charakterystykę w laboratorium” — wyjaśnia badacz Jordi Verdú. „Po raz pierwszy udało nam się zademonstrować działanie przełącznika opartego na hBN, materiale nieulotnym, w zakresie częstotliwości do 120 GHz, co sugeruje możliwość wykorzystania tej technologii w nowych systemach komunikacji masowej 6G, w których będzie wymagana 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 właściwości memrystancji, czyli zmianie rezystancji elektrycznej materiału po przyłożeniu napięcia. Do tej pory bardzo szybkie przełączniki były opracowywane eksperymentalnie z memrystorów (urządzeń z memrystancją) tworzonych z dwuwymiarowych sieci heksagonalnego azotku boru (hBN) połączonych ze sobą w celu utworzenia powierzchni. Dzięki takiemu układowi częstotliwość urządzenia mogłaby osiągnąć do 480 GHz, ale tylko przez 30 cykli, czyli bez praktycznego zastosowania. Nowa propozycja wykorzystuje ten sam materiał, ale ułożony w superpozycji warstw (łącznie od 12 do 18 warstw), które mogą pracować z częstotliwością 260 GHz i z wystarczająco wysoką stabilnością około 2000 cykli, aby można je było wdrożyć w urządzeniach elektronicznych.

Badania niedawno opublikowane w czasopiśmie Elektronika przyrodniczakoordynował Uniwersytet Nauki i Technologii im. Króla Abdullaha (KAUST) w Arabii Saudyjskiej, a w projekcie brali udział naukowcy z Wydziału Telekomunikacji i Inżynierii Systemów UAB Jordi Verdú, Eloi Guerrero, Lluís Acosta i Pedro de Paco, a także naukowcy z University of Texas w Austin (USA), Tyndall National Institute i University College Cork (oba w Irlandii).



Source link