2023. 02. 20. - 11:00
5G-6G - Legyőzhetik az elektronikus metaeszközök az ultragyors kommunikáció akadályait
Új megközelítést dolgoztak ki az elektronika területén a Lausanne-i Ecole Polytechnique Fédérale kutatói, amely képes lehet az ultragyors eszközök következő generációjának elindítására.
Legyőzhetik az elektronikus metaeszközök az ultragyors kommunikáció akadályait. A svájci, Lausanne-i Ecole Polytechnique Fédérale (EPFL) kutatói új megközelítést dolgoztak ki az elektronika területén, amely magában foglalja a metastruktúrák tervezését a hullámhossz alatti skálán.
Ez beindíthatja az ultragyors eszközök következő generációját, hatalmas mennyiségű adatcserére, a 6G kommunikáció területén és azon túlmenően.
Mostanáig az elektronikus eszközök gyorsabbá tétele egy egyszerű elvnek volt köszönhető: a tranzisztorok és egyéb alkatrészek mérsékelésének. Ez a megközelítés azonban eléri a határát, mivel a zsugorodás előnyeit ellensúlyozzák az olyan káros hatások, mint az ellenállás és a kimenő teljesítmény csökkenése.
„Egyre kisebb eszközöket ismertetnek a lapok manapság, de a gallium-nitridből készült anyagok esetében a frekvenciát tekintve a legjobb készülékek már néhány éve megjelentek. Ezek után tényleg nincs jobb, mert a készülék méretének csökkenésével alapvető korlátokkal szembesülünk. Ez a felhasznált anyagtól függetlenül igaz” – mondta el Elison Matioli, az EPFL Műszaki Iskola Power and Wide-band-gap Electronics Research Lab (POWERlab) munkatársa. Olvasd el: 6G és terahertz-kutatás - Mit jelent pontosan ez a technológia?
Legyőzhetik az elektronikus metaeszközök az ultragyors kommunikáció akadályait
A kihívásra válaszul, Matioli és a PhD hallgató Mohammad Samizadeh Nikoo új megközelítést dolgozott ki az elektronikában, amely leküzdheti ezeket a korlátokat, s létrehozza a terahertz eszközök új osztályát. Olvasd el: Terahertz-spektrumot használva mutatta be a 6G-t a Samsung
Ahelyett, hogy zsugorították volna az eszközt, átrendezték - hullámhossz alatti távolságra mintázott érintkezőket, úgynevezett metastruktúrákat marattak egy gallium-nitridből és indium-gallium-nitridből készült félvezetőre. Ezek a metastruktúrák lehetővé teszik a készülék belsejében lévő elektromos mezők szabályozását és olyan rendkívüli tulajdonságokat eredményeznek, amelyek a természetben nem fordulnak elő.
Kiemelendő, hogy az eszköz képes működni a terahertzes tartományba eső elektromágneses frekvenciákon (0,3-30 THz között) – lényegesen gyorsabban, mint a mai elektronikában használt gigahertzes hullámok.
Ennélfogva sokkal nagyobb mennyiségű információt tudnak szállítani egy adott jelre vagy időszakra vonatkozóan, s nagy lehetőségeket biztosítanak a 6G kommunikációban és azon túl is.
„Kiderült, hogy a rádiófrekvenciás mezők mikroszkopikus léptékű manipulálása jelentősen növelheti az elektronikus eszközök teljesítményét, anélkül, hogy agresszív leskálázásra támaszkodnánk" – magyarázta az áttörést illetően Samizadeh Nikoo, a Nature folyóiratban megjelent cikk első szerzője.
Rekord magas frekvenciák és rekord alacsony ellenállás
Mivel a terahertz-frekvenciák túl gyorsak a jelenlegi elektronika számára és túl lassúak az optikai alkalmazásokhoz, ezt a tartományt gyakran nevezik „terahertz-résnek”.
A hullámhossz alatti metastruktúrák használata a terahertz hullámok modulálására az optika világából származó technika. A POWERlab módszere azonban példátlan mértékű elektronikus vezérlést tesz lehetővé, ellentétben az optikai megközelítéssel, mely során egy külső fénysugarat rávilágítanak egy meglévő mintára.
„Elektronikai alapú megközelítésünkben az indukált rádiófrekvenciák vezérlésének képessége a hullámhossz alatti mintázatú érintkezők kombinációjából adódik, plusz az elektronikus csatorna vezérléséből, rákapcsolt feszültséggel. Ez azt jelenti, hogy megváltoztathatjuk a metaeszközön belüli kollektív hatást, elektronok indukálásával (vagy sem)" - mondja Matioli.
Míg a mai piacon a legfejlettebb eszközök akár 2 THz-es frekvenciát is megközelíthetnek, a POWERlab metaeszközei a 20 THz-it is elérhetik. Hasonlóan, a mai, terahertz tartomány közelében működő eszközök hajlamosak 2 volt alatti feszültségnél tönkremenni, míg a metakészülékek 20 volt felett is támogatnak. Ez lehetővé teszi a terahertzes jelek átvitelét és modulálását a jelenleg lehetségesnél sokkal nagyobb teljesítménnyel és frekvenciával.
Integrált megoldások
A terahertz hullámok modulálása kulcsfontosságú a távközlés jövője szempontjából, mivel az olyan technológiák növekvő adatigénye, mint az autonóm járművek és a 6G mobilkommunikáció, gyorsan elérik a mai eszközök korlátait – magyarázta Samizadeh Nikoo.
A POWERlab-ban kifejlesztett elektronikus metaeszközök az integrált terahertzes elektronika alapját képezhetik, kompakt, nagyfrekvenciás, például okostelefonokkal már használható chipek gyártásával.
„Az új technológia megváltoztathatja az ultra-nagy sebességű kommunikáció jövőjét, mivel kompatibilis a félvezetőgyártás már meglevő folyamataival. Bebizonyítottuk, hogy terahertzes frekvencián akár 100 gigabit/másodperc adatátvitelt is lehetővé teszünk, ami már 10-szer magasabb, mint ami ma az 5G-vel elérhető” – mondta Samizadeh Nikoo.
A megközelítésben rejlő lehetőségek teljes kiaknázása érdekében Matioli szerint a következő lépés egyéb elektronikai alkatrészek kifejlesztése, melyeket a terahertzes áramkörökbe integrálni lehet.
„Az integrált terahertzes elektronika a következő határ az összekapcsolt jövő számára. Elektronikus metaeszközeink azonban csak egy alkatrészt jelentenek. Más integrált terahertzes komponenseket kell kifejlesztenünk, hogy teljes mértékben kiaknázzuk a technológiában rejlő lehetőségeket. Ez a jövőképünk és a célunk” – fejtette ki a szakember.
L.A.
