นักวิจัย พัฒนาสวิตช์เพื่อปฏิวัติการสื่อสาร 6G
นักวิจัย ที่ UAB ได้พัฒนาสวิตช์โทรคมนาคมที่ทำงานในความถี่สูงมากในขณะที่ใช้พลังงานน้อยกว่าเทคโนโลยีแบบเดิม นวัตกรรมนี้เหมาะสำหรับระบบการสื่อสาร 6G ที่กำลังจะมีขึ้น โดยให้ความยั่งยืนที่เพิ่มขึ้นผ่านการใช้พลังงานที่ลดลง
ผลการวิจัยดังกล่าวได้รับการตีพิมพ์ใน Nature Electronics เมื่อไม่นานนี้ องค์ประกอบที่ขาดไม่ได้สำหรับการควบคุมสัญญาณในอุปกรณ์สื่อสารอิเล็กทรอนิกส์ คือสวิตช์ ซึ่งมีหน้าที่ในการให้สัญญาณไฟฟ้าผ่าน (สถานะเปิด) หรือปิดกั้นสัญญาณ (สถานะปิด) องค์ประกอบที่เร็วที่สุดที่ใช้ในปัจจุบันเพื่อทำหน้าที่นี้คือสวิตช์ที่ใช้ซิลิคอน
(ซึ่งเรียกว่าสวิตช์ RF silicon-on-insulator MOSFET) และทำงานโดยใช้สัญญาณที่มีความถี่หลายสิบกิกะเฮิรตซ์ (GHz) อย่างไรก็ตาม สวิตช์เหล่านี้มีความผันผวน กล่าวคือ ต้องใช้แหล่งพลังงานคงที่เพื่อรักษาสถานะเปิด เพื่อปรับปรุงระบบการสื่อสารในปัจจุบันและตอบสนองความต้องการการสื่อสารที่รวดเร็วยิ่งขึ้นซึ่งเกี่ยวข้องกับอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) และการทำให้ความจริงเสมือนแพร่หลาย
จำเป็นต้องเพิ่มความถี่ของสัญญาณที่องค์ประกอบเหล่านี้สามารถทำงานด้วยได้และปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของสวิตช์ ความก้าวหน้าในเทคโนโลยีสวิตช์ ความร่วมมือระหว่างประเทศที่เกี่ยวข้องกับนักวิจัยจากแผนกวิศวกรรมโทรคมนาคมและระบบของ UAB
ได้พัฒนาสวิตช์ที่สามารถทำงานได้ที่ความถี่การทำงานสองเท่าของอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิกอนในปัจจุบันเป็นครั้งแรก โดยมีช่วงความถี่สูงสุดถึง 120 GHz และไม่จำเป็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้าคงที่ สวิตช์ใหม่ใช้สารที่ไม่ระเหยที่เรียกว่า hBN (Hexagonal Boron Nitride) ซึ่งช่วยให้สามารถเปิดใช้งานสถานะเปิดหรือปิดได้โดยใช้พัลส์แรงดันไฟฟ้าแทนสัญญาณคงที่ ด้วยวิธีนี้ การประหยัดพลังงานที่สามารถทำได้จึงมีความสำคัญอย่างมาก
“ทีมวิจัยของเราจากแผนกวิศวกรรมโทรคมนาคมและระบบของ UAB มีส่วนร่วมในการออกแบบอุปกรณ์และการกำหนดลักษณะการทดลองในห้องปฏิบัติการ” นักวิจัย Jordi Verdú อธิบาย “เป็นครั้งแรกที่เราสามารถสาธิตการทำงานของสวิตช์ที่ใช้ hBN ซึ่งเป็นวัสดุที่ไม่ระเหยได้ในช่วงความถี่สูงถึง 120 GHz ซึ่งชี้ให้เห็นถึงความเป็นไปได้ในการใช้เทคโนโลยีนี้ในระบบสื่อสารมวลชน 6G ใหม่ ซึ่งจำเป็นต้องใช้องค์ประกอบเหล่านี้จำนวนมาก” สำหรับ Verdú นี่คือ
“การมีส่วนสนับสนุนที่สำคัญมาก ไม่เพียงแต่จากมุมมองของประสิทธิภาพของอุปกรณ์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงเทคโนโลยีที่ยั่งยืนมากขึ้นในแง่ของการใช้พลังงานอีกด้วย” อุปกรณ์เหล่านี้ทำงานได้ด้วยคุณสมบัติของเมมริสแตนซ์ ซึ่งก็คือการเปลี่ยนแปลงความต้านทานไฟฟ้าของวัสดุเมื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้า จนถึงขณะนี้ สวิตช์ที่เร็วมากได้รับการพัฒนาขึ้นในเชิงทดลองจากเมมริสแตนซ์ (อุปกรณ์ที่มีเมมริสแตนซ์)
ที่สร้างขึ้นด้วยเครือข่ายโบรอนไนไตรด์หกเหลี่ยม (hBN) สองมิติที่เชื่อมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างพื้นผิว ด้วยการจัดเรียงนี้ ความถี่ของอุปกรณ์สามารถไปถึง 480 GHz แต่ใช้ได้เพียง 30 รอบเท่านั้น กล่าวคือ ไม่มีการใช้งานจริง ข้อเสนอใหม่ใช้สื่อชนิดเดียวกันแต่จัดเรียงแบบซ้อนทับเป็นชั้นๆ (รวมทั้งสิ้นระหว่าง 12 ถึง 18 ชั้น)
ซึ่งสามารถทำงานที่ความถี่ 260 GHz และมีเสถียรภาพสูงเพียงพอที่ประมาณ 2,000 รอบ เพื่อนำไปใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
.