國際團隊為未來6G網絡打造高頻交換機

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

目前，控制電子通信設備中信號流動的開關起著至關重要的作用，其功能是允許電信號通過（ON狀態）或者阻斷電信號（OFF狀態）。然而，目前用于執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），需要使用數十GHz頻率進行操作。盡管如此，這些硅基元件存在易揮發性問題，需要恒定電源來保持導通狀態。

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

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

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

據研究員Jordi Verdú解釋：“我們來自UAB電信和系統工程系團隊參與了該裝置設計及實驗室內特性評估。”他指出：“我們首次演示了基于hBN材料在高達120 GHz范圍內運行的開關技術，顯示出將該技術應用于未來6G大眾通訊系統中所具有潛力。”

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技術發展。

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