Folhas bidimensionais de nitreto de boro podem ser usadas para criar um comutador analógico que fornece aos dispositivos de comunicação acesso mais eficiente às frequências de rádio, 5G e terahertz, aumentando a vida útil da bateria. O switch, desenvolvido por uma equipe de pesquisadores da Universidade do Texas em Austin, nos EUA, e da Universidade de Lille, na França, pode ser empregado em diversas aplicações, incluindo smartphones, sistemas móveis e a “Internet das Coisas”.
Switches analógicos são empregados rotineiramente em sistemas de comunicação para alternar de uma banda de frequência para outra, rotear sinais entre antenas de transmissão e recepção e reconfigurar redes sem fio. Tradicionalmente, esses comutadores são baseados em diodos ou transistores de estado sólido, mas os componentes desse tipo consomem energia mesmo no modo de espera, reduzindo a vida útil da bateria do dispositivo. Com a rede 5G configurada para gerar um aumento de dez vezes na taxa de transferência de dados – permitindo avanços em carros autônomos, drones de entrega, cirurgia remota e downloads rápidos de mídia de alta definição no processo – resolver esse problema de energia é mais urgente do que nunca.
Grafeno branco
Uma equipe liderada por Deji Akinwande, da Escola de Engenharia Cockrell da UT Austin, agora fez uma troca analógica de folhas atômicas finas de nitreto de boro hexagonal (hBN). Esse material pertence à mesma família do grafeno (na verdade, às vezes é chamado de “grafeno branco” por sua semelhança com folhas de carbono com uma camada atômica de espessura) e compreende uma única camada de boro e nitrogênio dispostos em um padrão de favo de mel. As propriedades eletrônicas incomuns do material – incluindo um grande intervalo de banda e altas energias de fônon – o tornam um excelente dielétrico, e Akinwande e seus colegas o usaram para construir um interruptor 50 vezes mais eficiente em termos de energia do que as alternativas comerciais existentes.
O dispositivo é configurado em um sanduíche de metal-isolador-metal em um substrato de diamante, e a equipe da UT demonstrou que pode transmitir múltiplos fluxos de HDTV a uma frequência de 100 GHz – algo inédito na tecnologia de comutação de banda larga, diz Akinwande. Ele também pode alternar entre estados em nanossegundos, permanecer no estado “desligado” quando não estiver em operação (economizando a bateria) e transmitir dados bem acima da linha de base para velocidades no nível 5G.
Com base no trabalho anterior
Embora os pesquisadores tenham feito interruptores de potência quase zero antes, esses outros dispositivos estavam limitados à extremidade inferior do espectro 5G, onde as velocidades são mais lentas, mas os dados podem percorrer distâncias maiores. A comutação de Akinwande e colegas é a primeira a funcionar das frequências GHz low-end para as frequências THz high-end – algo que pode um dia ser a chave para o desenvolvimento do sucessor 5G, 6G.
Além de economizar a bateria dos smartphones, o switch também pode ser usado em sistemas de satélite, rádios inteligentes, comunicações reconfiguráveis, Internet das coisas e tecnologia de defesa, segundo os pesquisadores.
O presente trabalho, detalhado na Nature Electronics, baseia-se no trabalho anterior da equipe de Akinwande, no qual eles criaram o mais fino dispositivo de memória de todos os tempos da hBN. No futuro, eles planejam melhorar a confiabilidade de seus comutadores para milhões de ciclos e impulsionar a tecnologia para trabalhar nas velocidades mais altas necessárias para aplicativos sem fio 6G. Akinwande também publicou um post sobre o trabalho no site da Nature Research Communities.
Publicado em 02/07/2020 06h33
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