Frekuensi Tinggi, Daya Rendah: Peneliti Kembangkan Swap untuk Merevolusi Komunikasi 6G

Perangkat tersebut, yaitu sakelar telekomunikasi, meningkatkan keberlanjutan dan menawarkan kinerja dua kali lipat dari perangkat yang ada saat ini.

Para peneliti di UAB mengembangkan sakelar telekomunikasi yang beroperasi pada frekuensi yang sangat tinggi dengan konsumsi daya yang lebih sedikit daripada teknologi tradisional. Inovasi ini, yang cocok untuk sistem komunikasi 6G mendatang, menawarkan keberlanjutan yang lebih baik melalui pengurangan penggunaan energi. Temuan ini baru-baru ini dipublikasikan di Elektronik Alam.

Elemen yang sangat diperlukan untuk mengendalikan sinyal dalam perangkat komunikasi elektronik adalah sakelar, yang fungsinya adalah untuk memungkinkan sinyal listrik lewat (keadaan ON) atau memblokirnya (keadaan OFF). Elemen tercepat yang saat ini digunakan untuk menjalankan fungsi ini adalah yang berbasis silikon (yang disebut sakelar MOSFET silikon-pada-isolator RF) dan beroperasi menggunakan sinyal dengan frekuensi puluhan gigahertz (GHz).

Namun, elemen-elemen ini bersifat fluktuatif, yaitu, elemen-elemen ini memerlukan sumber daya yang konstan untuk mempertahankan standing ON. Untuk meningkatkan sistem komunikasi saat ini dan memenuhi permintaan komunikasi yang semakin cepat yang akan melibatkan Web of Issues (IoT) dan popularisasi realitas digital, perlu untuk meningkatkan frekuensi sinyal yang dapat digunakan oleh elemen-elemen ini, dan meningkatkan kinerjanya.

Terobosan dalam Teknologi Swap

Sebuah kolaborasi internasional yang melibatkan peneliti dari Departemen Telekomunikasi dan Teknik Sistem UAB telah mengembangkan sakelar yang, untuk pertama kalinya, mampu bekerja pada frekuensi operasi dua kali lipat dari perangkat berbasis silikon saat ini, dengan jangkauan frekuensi hingga 120 GHz, dan tanpa perlu menerapkan tegangan konstan.

Sakelar baru ini menggunakan materials non-volatil, yang disebut hBN (Hexagonal Boron Nitride), yang memungkinkan standing ON atau OFF-nya diaktifkan dengan menerapkan pulsa tegangan listrik, bukan sinyal konstan. Dengan cara ini, penghematan energi yang dapat dicapai sangat signifikan.

Gambar mikroskop perangkat yang dipublikasikan di Nature Electronics. Kredit: Universitat Autonoma de Barcelona

“Tim peneliti kami dari Departemen Telekomunikasi dan Teknik Sistem di UAB terlibat dalam desain perangkat dan karakterisasi eksperimentalnya di laboratorium,” jelas peneliti Jordi Verdú. “Untuk pertama kalinya, kami mampu menunjukkan pengoperasian sakelar berbasis hBN, materials nonvolatil, dalam rentang frekuensi hingga 120 GHz, yang menunjukkan kemungkinan penggunaan teknologi ini dalam sistem komunikasi massa 6G baru, yang membutuhkan banyak elemen ini.” Bagi Verdú, ini adalah “kontribusi yang sangat penting, tidak hanya dari sudut pandang kinerja perangkat, tetapi juga menuju teknologi yang jauh lebih berkelanjutan dalam hal konsumsi energi.”

Perangkat ini bekerja berkat sifat memristansi, perubahan resistansi listrik suatu materials saat tegangan diberikan. Hingga saat ini, sakelar yang sangat cepat telah dikembangkan secara eksperimental dari memristor (perangkat dengan memristansi) yang dibuat dengan jaringan dua dimensi boron nitrida heksagonal (hBN) yang diikat bersama untuk membentuk permukaan. Dengan pengaturan ini, frekuensi perangkat dapat mencapai hingga 480 GHz, tetapi hanya untuk 30 siklus, yaitu, tanpa aplikasi praktis. Proposal baru menggunakan materials yang sama tetapi disusun dalam superposisi lapisan (complete antara 12 dan 18 lapisan) yang dapat beroperasi pada 260 GHz dan dengan stabilitas yang cukup tinggi sekitar 2000 siklus untuk diimplementasikan dalam perangkat elektronik.

Referensi: “Sirkuit memristif berdasarkan boron nitrida heksagonal multilayer untuk aplikasi frekuensi radio gelombang milimeter” oleh Sebastian Pazos, Yaqing Shen, Haoran Zhang, Jordi Verdú, Andrés Fontana, Wenwen Zheng, Yue Yuan, Osamah Alharbi, Yue Ping, Eloi Guerrero, Lluís Acosta, Pedro de Paco, Dimitra Psychogiou, Atif Shamim, Deji Akinwande dan Mario Lanza, 1 Juli 2024, Elektronik Alam.
DOI: 10.1038/s41928-024-01192-2

Penelitian ini, yang baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Elektronik Alamdikoordinasikan oleh Universitas Sains dan Teknologi Raja Abdullah (KAUST) di Arab Saudidengan keterlibatan peneliti dari Departemen Telekomunikasi dan Teknik Sistem di UAB Jordi Verdú, Eloi Guerrero, Lluís Acosta dan Pedro de Paco, serta peneliti dari College of Texas di Austin (AS), Tyndall Nationwide Institute dan College School Cork (keduanya di Irlandia).