Um elemento essencial para controlar os sinais em dispositivos de comunicação eletrônica é o interruptor (switch), um interruptor cuja função é permitir a passagem de um sinal elétrico (estado ON) e bloqueá-lo (estado OFF).
Os elementos mais rápidos usados atualmente para executar essa função são baseados em silício (os chamados switches MOSFET de silício sobre isolador de RF) e funcionam com sinais com frequências de dezenas de gigahertz (GHz), mas são voláteis, ou seja, requerem uma fonte de energia constante para manter o estado ON.
Para melhorar os sistemas de comunicação atuais e responder à demanda por comunicações cada vez mais rápidas que a Internet das Coisas (IoT) e a popularização da realidade virtual implicarão, é necessário aumentar a frequência dos sinais com os quais esses elementos são capazes de atuar e melhorar seu desempenho.
Uma colaboração internacional envolvendo pesquisadores do Departamento de Telecomunicações e Engenharia de Sistemas da Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) desenvolveu um switch que, pela primeira vez, é capaz de operar com frequências que são o dobro das atuais dispositivos baseados em silício, com uma faixa de frequência de até 120 GHz e também sem a necessidade de aplicar uma tensão constante.
O novo comutador usa um material não volátil, chamado hBN (nitreto de boro hexagonal), que permite que seu estado ON e OFF seja ativado com a aplicação de um pulso de tensão elétrica em vez de um sinal constante. Desta forma, a economia de energia que pode ser alcançada é muito importante.
“A nossa equipa de investigação do Departamento de Engenharia de Telecomunicações e Sistemas da UAB participou na conceção dos dispositivos e na sua caracterização experimental em laboratório”, explica o pesquisador Jordi Verdú.
“Pela primeira vez, conseguimos demonstrar o funcionamento de um switch baseado em hBN, um material não volátil, em uma faixa de frequência de até 120 GHz, o que sugere a possibilidade de poder fazer uso dessa tecnologia em novos sistemas de comunicação maciço 6G, em que um número muito alto desses elementos será necessário”. Para Verdú, essa é uma “contribuição muito importante, não só do ponto de vista do desempenho do dispositivo, mas também para uma tecnologia muito mais sustentável em termos de consumo de energia”, acrescentou Verdú.
Esses dispositivos funcionam graças à propriedade de memorresistência, a mudança da resistência elétrica de um material ao aplicar uma tensão. Até agora, era possível desenvolver experimentalmente interruptores muito rápidos a partir de memristores (dispositivos com memorresistência) criados com redes bidimensionais de hexágonos de nitreto de boro (hBN) unidos para formar uma superfície. Com esse arranjo, a frequência do dispositivo poderia chegar a até 480 GHz, mas apenas por 30 ciclos, ou seja, sem possibilidade de aplicação prática. A nova proposta utiliza o mesmo material, mas dispostos em uma superposição de camadas (entre 12 e 18 camadas no total) que podem operar a 260 GHz e com uma estabilidade suficientemente grande para que possa ser implementada em dispositivos eletrônicos.
A pesquisa, publicada recentemente na revista Nature Electronics, foi coordenada pela Universidade de Ciência e Tecnologia Rei Abdullah (KAUST), na Arábia Saudita, e participaram pesquisadores do Departamento de Telecomunicações e Engenharia de Sistemas da UAB Jordi Verdú, Eloi Guerrero, Lluís Acosta e Pedro de Paco, além de pesquisadores da Universidade do Texas em Austin (EUA), o Instituto Nacional Tyndall e o University College Cork (ambos na Irlanda).
