Desenvolupen un dispositiu electrònic clau per a l'arribada massiva de les xarxes 6G

Un element indispensable per controlar els senyals en els dispositius electrònics de comunicació és el commutador o switch, un interruptor que té la funció de permetre el pas d’un senyal elèctric (estat ON) o de bloquejar-lo (estat OFF). Els elements més ràpids utilitzats en l’actualitat per fer aquesta funció estan basats en silici (els anomenats RF silicon-on-insulator MOSFET switches) i funcionen amb senyals de freqüències de desenes de gigahertzs (GHz), però són volàtils, és a dir, requereixen una font d’energia constant per mantenir l’estat ON. Per tal de millorar els sistemes de comunicació actuals i donar  resposta a la demanda de comunicacions cada cop més ràpides que implicarà la internet de les coses (IoT) o la popularització de la realitat virtual, cal incrementar la freqüència dels senyals amb què aquests elements són capaços d’actuar i millorar-ne el rendiment.
 
Una col·laboració internacional on han participat investigadors del Departament de Telecomunicacions i d’Enginyeria de Sistemes de la UAB ha desenvolupat un switch que, per primer cop, és capaç d’actuar amb freqüències que doblen les dels dispositius actuals basats en silici, amb un rang de freqüències de fins a 120 GHz, i a més sense necessitat d’aplicar un voltatge constant.
 
El nou commutador utilitza un material no volàtil, anomenat hBN (nitrur de bor hexagonal), que permet activar l’estat ON o l’estat OFF amb l’aplicació d’un pols de tensió elèctrica en lloc d’un senyal constant. D’aquesta manera l’estalvi energètic que es pot aconseguir és molt important.
 
“El nostre equip de recerca del Departament de Telecomunicacions i Enginyeria de Sistemes de la UAB ha participat en el disseny dels dispositius i en la seva caracterització experimental al laboratori”, explica l’investigador Jordi Verdú. “Per primera vegada hem pogut demostrar el funcionament d’un switch basat en hBN, un material no volàtil, en un rang de freqüències de fins a 120 GHz, fet que fa pensar en la possibilitat de poder fer ús d’aquesta tecnologia en els nous sistemes de comunicacions massives 6G, on es requerirà un nombre molt elevat d’aquests elements”. Per a Verdú, es tracta d’una aportació “molt important, no només des del punt de vista del rendiment del dispositiu, sinó també cap a una tecnologia molt més sostenible pel que fa al consum d’energia”.
 
Aquests dispositius funcionen gràcies a la propietat de memoresistència, el canvi de la resistència elèctrica d’un material en aplicar un voltatge. Fins ara s’havia aconseguit desenvolupar experimentalment switchs molt ràpids a partir de memristors (dispositius amb memoresistència) creats amb xarxes bidimensionals d’hexàgons de nitrur de bor (hBN) units formant una superfície. Amb aquesta disposició la freqüència del dispositiu podia arribar fins a 480 GHz, però només durant 30 cicles, és a dir, sense possibilitat d’aplicació pràctica. La nova proposta utilitza el mateix material, però disposat en una superposició de capes (entre 12 i 18 capes en total) que pot arribar a operar a 260 GHz i amb una estabilitat prou gran perquè es pugui implementar en dispositius electrònics.
 
La recerca, publicada recentment a la revista Nature Electronics, ha estat coordinada des de la Universitat de Ciència i Tecnologia Rei Abdullah (KAUST) de l’Aràbia Saudita, i hi han participat els investigadors del Departament de Telecomunicacions i Enginyeria de Sistemes de la UAB Jordi Verdú, Eloi Guerrero, Lluís Acosta i Pedro de Paco, a més d’investigadors de la Universitat de Texas a Austin (EUA), del Tyndall National Institute i del University College Cork (ambdós a Irlanda).

Article de recerca:
 
Pazos, S., Shen, Y., Zhang, H. et al. Memristive circuits based on multilayer hexagonal boron nitride for millimetre-wave radiofrequency applications. Nat Electron (2024). https://doi.org/10.1038/s41928-024-01192-2