國際團隊為未來6G網(wǎng)絡(luò)打造高頻交換機

研究人員在UAB（巴塞羅那大學）參與了交換機的開發(fā)，這種交換機是電信領(lǐng)域必不可少的設(shè)備，能夠以比傳統(tǒng)技術(shù)更低的功耗在非常高的頻率下運行。該技術(shù)已成功應(yīng)用于新型6G大眾通信系統(tǒng)，并且相較于現(xiàn)有設(shè)備，在能耗方面表現(xiàn)出更強的可持續(xù)性。這項研究最近刊登在《自然電子》雜志上。

目前，控制電子通信設(shè)備中信號流動的開關(guān)起著至關(guān)重要的作用，其功能是允許電信號通過（ON狀態(tài)）或者阻斷電信號（OFF狀態(tài)）。然而，目前用于執(zhí)行此功能速度最快的元件是硅基元件（即射頻絕緣體上硅MOSFET開關(guān)），需要使用數(shù)十GHz頻率進行操作。盡管如此，這些硅基元件存在易揮發(fā)性問題，需要恒定電源來保持導(dǎo)通狀態(tài)。

為了改進當前通訊系統(tǒng)以滿足快速增長的物聯(lián)網(wǎng)和虛擬現(xiàn)實需求，必須提高這些元件可以操作的信號頻率，并提升其性能。

UAB電信和系統(tǒng)工程系研究人員與國際合作伙伴共同開發(fā)了一種全新類型的開關(guān)。該開關(guān)首次實現(xiàn)了以兩倍于當前硅基設(shè)備工作頻率運行、達到120 GHz范圍，并且無需施加恒定電壓。

新型開關(guān)采用一種名為hBN（六方氮化硼）的非易揮發(fā)性材料制成，通過施加脈沖而非恒定信號來激活其ON或OFF狀態(tài)。這種創(chuàng)新設(shè)計極大地提升了節(jié)能效果。

據(jù)研究員Jordi Verdú解釋：“我們來自UAB電信和系統(tǒng)工程系團隊參與了該裝置設(shè)計及實驗室內(nèi)特性評估。”他指出：“我們首次演示了基于hBN材料在高達120 GHz范圍內(nèi)運行的開關(guān)技術(shù)，顯示出將該技術(shù)應(yīng)用于未來6G大眾通訊系統(tǒng)中所具有潛力。”

Verdú認為這是一個“極為重要”的貢獻，不僅從器件性能角度看待，在能源消耗方面也推動著更可持續(xù)技術(shù)發(fā)展。

這些器件依靠憶阻特性運作，即施加電壓時材料電阻變化。迄今為止已經(jīng)成功通過實驗發(fā)展出極快速度響應(yīng)之憶阻器，并利用六方氮化硼二維網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建表面形式生成器件。通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)布局方式，在12至18層疊加排列后可以使得設(shè)備工作頻率達到260 GHz，并具有約2000周期穩(wěn)定性，在實際應(yīng)用中可被廣泛采納。