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Haute fréquence, faible consommation : les chercheurs développent un commutateur pour révolutionner les communications 6G

SciTechDaily

Les chercheurs de l'UAB ont développé un commutateur innovant pour les communications 6G qui double les performances à 120 GHz et réduit la consommation d'énergie, promettant une durabilité et une efficacité accrues dans les télécommunications.

L'appareil, un commutateur de télécommunications, améliore la durabilité et offre deux fois les performances des appareils existants.

Des chercheurs de l'UAB ont développé un commutateur de télécommunications qui fonctionne à des fréquences extrêmement élevées tout en consommant moins d'énergie que les technologies traditionnelles. Cette innovation, adaptée aux futurs systèmes de communication 6G, offre une durabilité accrue grâce à une consommation d'énergie réduite. Les résultats ont été récemment publiés dans Électronique naturelle.

Un élément indispensable pour contrôler les signaux dans les appareils de communication électronique est l'interrupteur, dont la fonction est de laisser passer un signal électrique (état ON) ou de le bloquer (état OFF). Les éléments les plus rapides actuellement utilisés pour réaliser cette fonction sont à base de silicium (les commutateurs MOSFET RF à isolant silicium) et fonctionnent à l'aide de signaux dont les fréquences se comptent en dizaines de gigahertz (GHz).

Cependant, ils sont volatils, c'est-à-dire qu'ils nécessitent une source d'énergie constante pour rester en état ON. Pour améliorer les systèmes de communication actuels et répondre à la demande de communications de plus en plus rapides qui impliquera l'Internet des objets (IoT) et la popularisation de la réalité virtuelle, il est nécessaire d'augmenter la fréquence des signaux avec lesquels ces éléments sont capables d'agir et d'améliorer leurs performances.

Une percée dans la technologie des commutateurs

Une collaboration internationale impliquant des chercheurs du Département des télécommunications et de l'ingénierie des systèmes de l'UAB a développé un commutateur qui, pour la première fois, est capable de fonctionner à une fréquence de fonctionnement deux fois supérieure à celle des appareils actuels à base de silicium, avec une gamme de fréquences allant jusqu'à 120 GHz, et sans avoir besoin d'appliquer une tension constante.

Le nouveau commutateur utilise un matériau non volatil, appelé hBN (Hexagonal Boron Nitride), qui permet d'activer son état ON ou OFF en appliquant une impulsion de tension électrique au lieu d'un signal constant. De cette façon, les économies d'énergie qui peuvent être obtenues sont très importantes.

Circuits memristifs basés sur du nitrure de bore hexagonal multicouche pour applications radiofréquences à ondes millimétriques

Image microscopique de l'appareil publiée dans Nature Electronics. Crédit : Université Autonome de Barcelone

« Notre équipe de recherche du Département de télécommunications et d’ingénierie des systèmes de l’UAB a participé à la conception des dispositifs et à leur caractérisation expérimentale en laboratoire », explique le chercheur Jordi Verdú. « Pour la première fois, nous avons pu démontrer le fonctionnement d’un commutateur basé sur le hBN, un matériau non volatil, dans une gamme de fréquences allant jusqu’à 120 GHz, ce qui laisse entrevoir la possibilité d’utiliser cette technologie dans les nouveaux systèmes de communications de masse 6G, où un nombre très élevé de ces éléments sera nécessaire. » Pour Verdú, il s’agit d’une « contribution très importante, non seulement du point de vue des performances des dispositifs, mais aussi vers une technologie beaucoup plus durable en termes de consommation d’énergie. »

Ces dispositifs fonctionnent grâce à la propriété de memristance, la variation de résistance électrique d'un matériau lorsqu'une tension est appliquée. Jusqu'à présent, des commutateurs très rapides ont été développés expérimentalement à partir de memristors (dispositifs avec memristance) créés avec des réseaux bidimensionnels de nitrure de bore hexagonal (hBN) liés entre eux pour former une surface. Avec cette disposition, la fréquence du dispositif pourrait atteindre jusqu'à 480 GHz, mais seulement pendant 30 cycles, c'est-à-dire sans application pratique. La nouvelle proposition utilise le même matériau mais disposé en superposition de couches (entre 12 et 18 couches au total) qui peuvent fonctionner à 260 GHz et avec une stabilité suffisamment élevée d'environ 2000 cycles pour être implémentées dans des dispositifs électroniques.

La recherche, récemment publiée dans la revue Électronique naturellea été coordonné par l'Université des sciences et technologies du roi Abdallah (KAUST) à Arabie Saouditeavec la participation de chercheurs du Département de Télécommunications et d'Ingénierie des Systèmes de l'UAB Jordi Verdú, Eloi Guerrero, Lluís Acosta et Pedro de Paco, ainsi que de chercheurs de l'Université du Texas à Austin (États-Unis), du Tyndall National Institute et de l'University College Cork (tous deux en Irlande).

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