초고속 통신의 장벽을 허무는 전자 메타 장치

[아름이]

초고속 통신의 장벽을 허무는 전자 메타 장치
날짜:
2023년 2월 17일
원천:
에콜 폴리테크니크 Fédérale de Lausanne
요약:
EPFL 연구원들은 하위 파장 규모에서 엔지니어링 메타구조를 포함하는 전자 장치에 대한 새로운 접근 방식을 제시했습니다. 6G 통신 및 그 이상의 응용 프로그램과 대량의 데이터를 교환하기 위한 차세대 초고속 장치를 출시할 수 있습니다.

전체 이야기
지금까지 전자 장치를 더 빠르게 만드는 능력은 트랜지스터 및 기타 구성 요소를 축소하는 단순한 원칙으로 귀결되었습니다. 그러나 수축의 이점이 저항 및 출력 전력 감소와 같은 해로운 영향에 의해 상쇄되기 때문에 이 접근 방식은 한계에 도달했습니다.

EPFL 공과대학의 Power and Wide-band-gap Electronics Research Lab(POWERlab)의 Elison Matioli는 추가 소형화가 더 나은 전자 성능을 위한 실행 가능한 솔루션이 아니라고 설명합니다. "작고 작은 장치를 설명하는 새로운 논문이 나오고 있지만 질화 갈륨으로 만든 재료의 경우 주파수 측면에서 최고의 장치는 이미 몇 년 전에 발표되었습니다."라고 그는 말합니다. "그 이후에는 장치 크기가 줄어들면서 근본적인 한계에 직면하기 때문에 이보다 더 좋은 것은 없습니다. 이것은 사용된 재료에 관계없이 사실입니다."

이 문제에 대한 응답으로 Matioli와 박사 과정 학생인 Mohammad Samizadeh Nikoo는 이러한 한계를 극복하고 새로운 종류의 테라헤르츠 장치를 가능하게 하는 전자 장치에 대한 새로운 접근 방식을 제시했습니다. 장치를 축소하는 대신, 특히 질화갈륨과 질화인듐갈륨으로 만들어진 반도체에 서브파장 거리에서 메타구조라고 하는 패턴 접점을 식각하여 재배열했습니다. 이러한 메타구조는 장치 내부의 전기장을 제어할 수 있게 하여 자연에서 발생하지 않는 특별한 특성을 생성합니다.

결정적으로 이 장치는 테라헤르츠 범위(0.3-30 THz 사이)의 전자기 주파수에서 작동할 수 있습니다. 이는 오늘날의 전자 제품에 사용되는 기가헤르츠 파장보다 훨씬 빠릅니다. 따라서 주어진 신호 또는 기간 동안 훨씬 더 많은 양의 정보를 전달할 수 있으므로 6G 통신 및 그 이후의 애플리케이션에 대한 큰 잠재력을 제공합니다.

최근 네이처 (Nature ) 저널에 발표된 획기적인 논문의 첫 번째 저자인 사미자데 니쿠(Samizadeh Nikoo)는 "미세한 규모에서 무선 주파수 필드를 조작하면 공격적인 다운스케일링에 의존하지 않고도 전자 장치의 성능을 크게 향상시킬 수 있다는 것을 발견했습니다."라고 설명했습니다 .

높은 주파수 기록, 낮은 저항 기록

테라헤르츠 주파수는 현재 전자 장치가 관리하기에는 너무 빠르고 광학 응용 분야에서는 너무 느리기 때문에 이 범위를 종종 '테라헤르츠 갭'이라고 합니다. 하위 파장 메타구조를 사용하여 테라헤르츠파를 변조하는 것은 광학 세계에서 나온 기술입니다. 그러나 POWERlab의 방법은 기존 패턴에 외부 광선을 비추는 광학적 접근 방식과 달리 전례 없는 수준의 전자 제어를 허용합니다.

"우리의 전자 기반 접근 방식에서 유도된 무선 주파수를 제어하는 ​​능력은 하위 파장 패턴 접점과 전압이 적용된 전자 채널 제어의 조합에서 비롯됩니다. 이는 다음을 통해 메타 장치 내부의 집단 효과를 변경할 수 있음을 의미합니다. 전자를 유도하거나 유도하지 않습니다."라고 Matioli는 말합니다.

오늘날 시장에서 가장 발전된 장치는 최대 2THz의 주파수를 달성할 수 있지만 POWERlab의 메타 장치는 20THz에 도달할 수 있습니다. 마찬가지로 테라헤르츠 범위 근처에서 작동하는 오늘날의 장치는 2볼트 미만의 전압에서 고장나는 경향이 있는 반면 메타 장치는 20볼트 이상을 지원할 수 있습니다. 이를 통해 현재 가능한 것보다 훨씬 더 큰 전력과 주파수로 테라헤르츠 신호를 전송하고 변조할 수 있습니다.

통합 솔루션

Samizadeh Nikoo가 설명하듯이 자율 주행 차량 및 6G 이동 통신과 같은 기술의 증가하는 데이터 요구 사항이 오늘날 장치의 한계에 빠르게 도달하고 있기 때문에 변조 테라헤르츠파는 통신의 미래에 매우 중요합니다. POWERlab에서 개발된 전자 메타 장치는 예를 들어 이미 스마트폰에서 사용할 수 있는 소형 고주파 칩을 생산함으로써 통합 테라헤르츠 전자 장치의 기반을 형성할 수 있습니다.

"이 신기술은 반도체 제조의 기존 프로세스와 호환되기 때문에 초고속 통신의 미래를 바꿀 수 있습니다. 테라헤르츠 주파수에서 초당 최대 100기가비트의 데이터 전송을 시연했습니다. 오늘날 우리가 5G로 가지고 있는 것"이라고 Samizadeh Nikoo는 말합니다.

접근 방식의 잠재력을 완전히 실현하기 위한 다음 단계는 테라헤르츠 회로에 통합할 준비가 된 다른 전자 부품을 개발하는 것이라고 Matioli는 말합니다.

"통합 테라헤르츠 전자 장치는 연결된 미래를 위한 다음 개척지입니다. 그러나 우리의 전자 메타 장치는 하나의 구성 요소일 뿐입니다. 이 기술의 잠재력을 완전히 실현하려면 다른 통합 테라헤르츠 구성 요소를 개발해야 합니다. 그것이 우리의 비전이자 목표입니다."

출처 : https://www.sciencedaily.com/