Elektronički metauređaji za ultra brzu komunikaciju

Metastrukture na skali ispod valne duljine mogle bi lansirati sljedeću generaciju ultrabrzih uređaja za razmjenu golemih količina podataka

Mladen Smrekar utorak, 21. veljače 2023. u 06:00
Noa tehnologija mogla bi naći primjenu u 6G komunikacijama i šire 📷 Graphue
Noa tehnologija mogla bi naći primjenu u 6G komunikacijama i šire Graphue

Dosad se mogućnost da se elektronički uređaji ubrzaju svodila na jednostavan princip: smanjivanje tranzistora i drugih komponenti. Ali ovaj pristup doseže svoju granicu jer se prednosti skupljanja poništavaju štetnim učincima poput otpora i smanjene izlazne snage. Daljnja minijaturizacija stoga nije održivo rješenje za bolje performanse elektronike. 

Nova klasa terahercnih uređaja

"Pojavljuju se novi radovi koji opisuju sve manje i manje uređaje, ali u slučaju materijala napravljenih od galij nitrida najbolji uređaji već su izmišljeni prije nekoliko godina. Kako se veličina uređaja smanjuje, suočavamo se s temeljnim ograničenjima i to vrijedi bez obzira na korišteni materijal", objašnjavaju istraživači POWERlaba na Federalnom tehnološkom institutu u Lausannei (EPFL).

Koncept elektroničkih metauređaja temelji se na mikroskopskoj manipulaciji radiofrekvencijskim poljima što dovodi do izvanrednih električnih svojstava
Koncept elektroničkih metauređaja temelji se na mikroskopskoj manipulaciji radiofrekvencijskim poljima što dovodi do izvanrednih električnih svojstava

Oni su stoga osmislili novi pristup elektronici koji bi mogao prevladati ova ograničenja i omogućiti novu klasu terahercnih uređaja. Umjesto da smanje uređaj, oni su ga preuredili, urezujući metastrukture na udaljenosti ispod valne duljine na poluvodiču napravljenom od galijevog nitrida i indij galijevog nitrida (InGaN). Ove metastrukture omogućuju kontrolu električnih polja unutar uređaja, čime se dobivaju izvanredna svojstva koja se ne pojavljuju u prirodi.

Bolje performanse

Takav uređaj može raditi na elektromagnetskim frekvencijama u rasponu teraherca (između 0,3 i 30 THz) znatno brže od gigahercnih valova koji se koriste u današnjoj elektronici. Stoga mogu nositi mnogo veće količine informacija za određeni signal ili razdoblje, što im daje veliki potencijal za primjene u 6G komunikacijama i šire.

Visokofrekventna karakterizacija elektroničkih metauređaja
Visokofrekventna karakterizacija elektroničkih metauređaja

"Otkrili smo da manipuliranje radiofrekvencijskim poljima na mikroskopskim razmjerima može značajno poboljšati performanse elektroničkih uređaja, bez oslanjanja na agresivno smanjivanje veličine", pišu istraživači u časopisu Nature.

Visoke frekvencije, nizak otpor

Dok trenutno najnapredniji uređaji mogu postići frekvencije do 2 THz, POWERlabovi metauređaji dosežu 20 THz. Slično tome, današnji uređaji koji rade blizu raspona teraherca imaju tendenciju kvara pri naponu ispod 2 volta, dok metauređaji mogu podržati iznad 20 volta. To omogućuje prijenos i modulaciju terahercnih signala s mnogo većom snagom i frekvencijom nego što je trenutno moguće.

Nova tehnologija mijenja budućnost komunikacija ultra velikih brzina 📷 Macrovector
Nova tehnologija mijenja budućnost komunikacija ultra velikih brzina Macrovector

Moduliranje terahercnih valova ključno je za budućnost telekomunikacija, budući da sve veći zahtjevi za podacima tehnologija poput autonomnih vozila i 6G mobilne komunikacije brzo dosežu granice današnjih uređaja. Elektronički metauređaji razvijeni u POWERlabu mogli bi tvoriti osnovu za integriranu teraherc elektroniku proizvodnjom kompaktnih, visokofrekventnih čipova koji se već mogu koristiti s pametnim telefonima, na primjer.

Terahercni krugovi

Ova nova tehnologija mogla bi promijeniti budućnost komunikacija ultra velikih brzina, budući da je kompatibilna s postojećim procesima u proizvodnji poluvodiča.

"Pokazali smo prijenos podataka do 100 gigabita u sekundi na frekvencijama teraherca, što je već deset puta više od onoga što imamo danas s 5G", kažu istraživači koji najavljuju razvoj drugih elektroničkih komponenti, spremnih za integraciju u terahercne krugove.