成功研发：革命性6G通信开关

这项研究成果最近发表在《自然·电子学》杂志上，由沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）协调，UAB电信和系统工程系的研究人员。以及来自德克萨斯大学奥斯汀分校（美国）、廷德尔国家研究所和科克大学学院（均位于爱尔兰）的研究人员参与其中。

研究成果是一种6G通信开关，可提高可持续性（低功耗），性能是现有设备的两倍。其以极高的频率运行，同时消耗的功率比现有技术要少。这项创新适用于即将推出的6G通信系统，通过减少能源使用来提高可持续性。

开关是电子通信设备中控制信号不可或缺的元件，其功能是允许电信号通过（开启状态）或阻止电信号通过（关闭状态）。目前用于执行此功能的最快元件是基于硅的开关（RF绝缘体上硅 MOSFET开关），并使用频率为数GHz的信号运行。

然而，它们是易失性的，即它们需要恒定的电源来维持开启状态。为了改进当前的通信系统，满足物联网和虚拟现实普及带来的越来越快的通信需求，有必要增加这些元件能够作用的信号频率，并提高其性能。

上述6G通信开关首次能够以两倍于当前硅基设备的工作频率运行，频率范围高达120 GHz，并且无需施加恒定电压。

新开关使用一种被称为HBN（六方氮化硼）的非挥发性材料，可以通过施加电压脉冲而不是恒定信号来激活其开启或关闭状态。通过这种方式，可以实现非常显著的节能效果。

“我们来自巴塞罗那自治大学电信与系统工程系的研究团队参与了这些设备的设计及其在实验室中的实验特性”，研究员Jordi Verdú解释道。“我们首次能够演示基于HBN（一种非挥发性材料）的开关在高达120GHz的频率范围内的运行，这表明该技术有可能用于新的6G大众通信系统，其中将需要大量此类元件。”他认为，这是一个“非常重要的贡献——不仅从设备性能的角度来看、而且从能耗方面来看，它朝着更可持续的技术发展。

这些设备的工作原理得益于忆阻特性，即施加电压时材料电阻的变化。到目前为止，已经通过实验从忆阻器（具有忆阻效应的器件）开发出了超快速开关，忆阻器由六方氮化硼的二维网络粘合在一起形成表面而成。通过这种布置，器件频率可以达到 480GHz，但只能运行30个周期，也就是说，没有实际应用。而新方案使用相同的材料，但以叠加层的方式排列（总共12到18层），可以在260GHz下运行，并且具有足够高的稳定性（约2000个周期），可以在电子设备中实现。