Desarrollan un dispositivo electrónico clave para la llegada masiva de las redes 6G

Investigadores de la UAB han participado en el desarrollo de un conmutador (switch), un dispositivo imprescindible en las telecomunicaciones, que es capaz de operar a muy alta frecuencia con un consumo inferior a las tecnologías convencionales. La tecnología tiene aplicación en los nuevos sistemas de comunicaciones masivas 6G y es energéticamente más sostenible que los dispositivos actuales. La investigación se ha publicado en Nature Electronics.

Un elemento indispensable para controlar las señales en los dispositivos electrónicos de comunicación es el conmutador o switch, un interruptor cuya función es permitir el paso de una señal eléctrica (estado ON) o de bloquearla (estado OFF). Los elementos más rápidos utilizados en la actualidad para realizar esta función están basados en silicio (los llamados RF silicon-on-insulator MOSFET switches) y funcionan con señales de frecuencias de decenas de gigahercios (GHz), pero son volátiles, es decir, requieren de una fuente de energía constante para mantener el estado ON. Para mejorar los sistemas de comunicación actuales y dar respuesta a la demanda de comunicaciones cada vez más rápidas que implicará la internet de las cosas (IoT) o la popularización de la realidad virtual, es necesario incrementar la frecuencia de las señales con la que estos elementos son capaces actuar y mejorar su rendimiento.

Una colaboración internacional en la que han participado investigadores del Departamento de Telecomunicaciones y de Ingeniería de Sistemas de la UAB ha desarrollado un switch que, por primera vez, es capaz de actuar con frecuencias que doblan las de los dispositivos actuales basados en silicio, con un rango de frecuencias de hasta 120 GHz, y además sin necesidad de aplicar un voltaje constante.

El nuevo conmutador utiliza un material no volátil, llamado hBN (nitruro de boro hexagonal), que permite activar su estado ON o su estado OFF con la aplicación de un pulso de tensión eléctrica en lugar de una señal constante. De esta forma, el ahorro energético que se puede conseguir es muy importante.

"Nuestro equipo de investigación del Departamento de Telecomunicaciones e Ingeniería de Sistemas de la UAB ha participado en el diseño de los dispositivos y en su caracterización experimental en el laboratorio", explica el investigador Jordi Verdú. "Por primera vez hemos podido demostrar el funcionamiento de un switch basado en hBN, un material no volátil, en un rango de frecuencias de hasta 120 GHz, lo que hace pensar en la posibilidad de poder hacer uso de esta tecnología en los nuevos sistemas de comunicaciones masivas 6G, donde se requerirá un número muy elevado de estos elementos". Para Verdú, se trata de una aportación "muy importante, no solo desde el punto de vista del rendimiento del dispositivo, sino también hacia una tecnología mucho más sostenible en lo que se refiere al consumo de energía".

Estos dispositivos funcionan gracias a la propiedad de memoresistencia, el cambio de la resistencia eléctrica de un material al aplicar un voltaje. Hasta ahora se había logrado desarrollar experimentalmente switches muy rápidos a partir de memristores (dispositivos con memoresistencia) creados con redes bidimensionales de hexágonos de nitruro de boro (hBN) unidos formando una superficie. Con esta disposición, la frecuencia del dispositivo podía llegar hasta 480 GHz, pero solo durante 30 ciclos, es decir, sin posibilidad de aplicación práctica. La nueva propuesta utiliza el mismo material, pero dispuesto en una superposición de capas (entre 12 y 18 capas en total) que puede llegar a operar a 260 GHz y con una estabilidad suficientemente grande, de unos 2000 ciclos, para que se pueda implementar en dispositivos electrónicos.

La investigación, publicada recientemente en la revista Nature Electronics, ha sido coordinada desde la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdullah (KAUST) de Arabia Saudí, y han participado los investigadores del Departamento de Telecomunicaciones e Ingeniería de Sistemas de la UAB Jordi Verdú, Eloi Guerrero, Lluís Acosta y Pedro de Paco, además de investigadores de la Universidad de Texas en Austin (EE.UU.), del Tyndall National Institute y del University College Cork (ambos en Irlanda).