下一代6G無線通信的夢想包括實(shí)現(xiàn)每秒數(shù)萬億比特的速度。現(xiàn)在，一項(xiàng)新的研究表明，由原子薄膜制成的神經(jīng)元樣器件可能成為即將到來的6G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵開關(guān)。

當(dāng)前一代無線通信5G于2020年開始推出。到2030年左右，6G的初步部署才可能實(shí)現(xiàn)，由于尚未制定標(biāo)準(zhǔn)，其可能采取的形式仍不確定。盡管如此，許多人仍設(shè)想6G的數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒TB，以適用于自動(dòng)駕駛汽車、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和沉浸式臨場感等應(yīng)用。

據(jù)悉，升級(jí)6G的一個(gè)關(guān)鍵構(gòu)建塊或許是模擬交換機(jī)。這些常見的組件通過在接收數(shù)據(jù)時(shí)在網(wǎng)絡(luò)和頻率之間跳躍來幫助無線連接設(shè)備之間的通信。為了大幅降低整體能耗，研究人員正在探索非易失性存儲(chǔ)設(shè)備作為替代模擬開關(guān)。這些包括神經(jīng)元型憶阻器、二維原子晶體管、電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RRAM）和相變存儲(chǔ)器（PCM）。

在這項(xiàng)新的研究中，研究人員將重點(diǎn)放在原子薄的二維材料上，這些材料原則上只需要很小的能量，有可能提高速度和電池壽命。研究人員此前開發(fā)了由二硫化鉬制成的非易失性開關(guān)，工作頻率高達(dá)50千兆赫，以及由六方氮化硼制成的開關(guān)，工作頻率為100千兆赫。

現(xiàn)在，這些科學(xué)家已經(jīng)用二硫化鉬研制出非易失性模擬開關(guān)，其工作頻率約為100至500 GHz，6G可能包括這一通信頻段。

這種新器件將二硫化鉬夾在兩個(gè)金電極之間。這種金屬-絕緣體-金屬結(jié)構(gòu)的行為類似于記憶電阻器，即記憶電阻器，這是科學(xué)家大約50年前預(yù)測的電子電路的一種構(gòu)造塊，但僅在十多年前才首次創(chuàng)建。這些組件本質(zhì)上是開關(guān)，可以記住在電源關(guān)閉后是打開還是關(guān)閉它們。理論上，憶阻器可以像人工神經(jīng)元一樣，既能計(jì)算又能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。

在實(shí)驗(yàn)中，新交換機(jī)可以在320 GHz的頻率下以高達(dá)每秒100 GB的速率進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，具有低誤碼率和高信噪比。它還可以在300 GHz的頻率下以1.5 Gb/s的速度傳輸實(shí)時(shí)高清電視，無需壓縮。它可以在半納秒內(nèi)切換，能量只有50微微歐，比同類成熟設(shè)備低一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。

“當(dāng)我們第一次開始這項(xiàng)研究時(shí)，我們只能夢想這樣的性能，能夠在實(shí)際設(shè)備中真正實(shí)現(xiàn)這一應(yīng)用是一個(gè)非常驚喜的結(jié)果，”研究合作者、德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的電氣工程師和材料科學(xué)家Deji Akinwande表示，“該應(yīng)用程序?yàn)槲磥?G無線系統(tǒng)提供了非常清晰的節(jié)能通信組件?！?/p>

未來，研究人員的目標(biāo)是將這些開關(guān)與硅芯片和電路集成。“二硫化鉬是可晶圓擴(kuò)展的，可以與硅CMOS集成，”Akinwande說，“因此，這種開關(guān)設(shè)備可以很容易地與現(xiàn)代半導(dǎo)體微芯片技術(shù)集成，從而使多種行業(yè)受益，造福社會(huì)。”

Akinwande說，“目前對(duì)該設(shè)備的主要批評(píng)是這些開關(guān)的可靠性，尤其是在耐久性方面。這確實(shí)是一個(gè)對(duì)實(shí)際應(yīng)用至關(guān)重要的問題，我們正在努力解決這一問題?！?/p>

審核編輯 ：李倩