为6G网络大规模到来而研发的关键电子设备

UAB研究人员参与研发了一种开关，这是电信中的关键设备，能够在极高频率下运行，且功耗低于传统技术。该技术可应用于新一代6G大规模通信系统，并且在能耗方面比当前设备更可持续。该研究最近发表在《自然-电子学》上。

在电子通信设备中控制信号不可或缺的元件是开关，其功能是允许电信号通过（开启状态）或阻止其通过（关闭状态）。目前用于执行此功能的最快元件是基于硅的（所谓的射频绝缘体上硅MOSFET开关），并使用频率高达数十吉赫兹（GHz）的信号工作。然而，它们具有挥发性，即需要恒定电源来维持开启状态。为了改进当前的通信系统并满足物联网（IoT）和虚拟现实普及对越来越快通信的需求，有必要提高这些元件能够处理的信号频率，并改善其性能。

一项涉及UAB电信与系统工程系研究人员的国际合作研发出了一种开关，它首次能够在当前基于硅的设备的两倍操作频率下工作，频率范围高达120 GHz，且无需施加恒定电压。

这种新型开关使用了一种称为hBN（六方氮化硼）的非挥发性材料，它允许通过施加电压脉冲而非恒定信号来激活其开启或关闭状态。通过这种方式，可以实现的节能效果非常显著。

“我们UAB电信与系统工程系的研究团队参与了设备的设计及其在实验室的实验表征，”研究员Jordi Verdú解释道，“我们首次成功展示了基于hBN（一种非挥发性材料）的开关在高达120 GHz的频率范围内工作，这表明该技术有可能应用于新的6G大规模通信系统，其中将需要大量此类元件。”对于Verdú而言，这是一个“非常重要的贡献，不仅从设备性能的角度来看，而且从能源消耗的可持续性角度来看也是如此”。

这些设备之所以能够工作，得益于忆阻性，即当施加电压时材料的电阻会发生变化。迄今为止，实验已经开发出基于使用二维六方氮化硼（hBN）网络相互连接以形成表面的忆阻器（具有忆阻性的设备）制成的非常快速的开关。通过这种布置，设备频率可以达到480 GHz，但仅持续30个周期，即没有实际应用价值。新的提案使用了相同的材料，但采用层叠布置（总共12到18层），可以在260 GHz下运行，且稳定性足够高，可应用于电子设备。

这项研究最近发表在《自然-电子学》杂志上，由沙特阿拉伯阿卜杜勒国王科技大学（KAUST）协调，UAB电信与系统工程系的研究员Jordi Verdú、Eloi Guerrero、Lluís Acosta和Pedro de Paco以及美国德克萨斯大学奥斯汀分校、爱尔兰Tyndall国立研究所和科克大学学院的研究人员也参与其中。