Но новое исследование, проведенное Бристольским университетом и опубликованное сегодня в журнале Nature Electronics, может сделать все это и многое другое на шаг ближе к реальности благодаря радикальному прорыву в полупроводниковых технологиях.

Футуристические концепции основаны на способности взаимодействовать и передавать огромные объемы данных гораздо быстрее, чем существующие сети. Итак, физики разработали инновационный способ ускорить этот процесс между десятками пользователей, возможно, по всему миру.

Соавтор Мартин Кубалл, профессор физики Бристольского университета, сказал: "В течение следующего десятилетия ранее почти невообразимые технологии для преобразования широкого спектра человеческого опыта могут стать широко доступными. Возможные преимущества также имеют далеко идущие последствия, включая достижения в области здравоохранения с дистанционной диагностикой и хирургией, виртуальными классами и даже виртуальным туристическим отдыхом.

"Кроме того, существует значительный потенциал для усовершенствованных систем помощи водителю для повышения безопасности дорожного движения и промышленной автоматизации для повышения эффективности. Список возможных приложений 6G бесконечен, и пределом является только человеческое воображение. Таким образом, наши инновационные открытия в области полупроводников чрезвычайно интересны и помогут ускорить и масштабировать эти разработки".

Широко признано, что переход от 5G к 6G потребует радикальной модернизации полупроводниковых технологий, схем, систем и связанных с ними алгоритмов. Например, основные используемые полупроводниковые компоненты, другими словами, усилители радиочастот, изготовленные из удивительного проводника под названием нитрид галлия (GaN), должны быть намного быстрее, излучать большую мощность и быть более надежными.

Команда международных ученых и инженеров протестировала новую архитектуру, которая подняла эти специальные усилители GaN на беспрецедентную высоту. Это было достигнуто благодаря обнаружению эффекта защелкивания в GaN, который позволил значительно повысить производительность радиочастотного устройства. В этих устройствах следующего поколения используются параллельные каналы, которые затем требуют использования боковых ребер длиной менее 100 нм - типа транзистора, который управляет потоком тока, проходящим через устройства.

Соавтор доктор Ахил Шаджи, почетный научный сотрудник Бристольского университета, объяснил: "Мы совместно с коллегами опробовали технологию устройства, называемую сверхрешеточными полевыми транзисторами (SLCFET), в которых более 1000 ребер шириной менее 100 нм помогают управлять током. Хотя SLCFET продемонстрировали самую высокую производительность в частотном диапазоне W-диапазона, равном 75 гигагерцам -110 ГГц, физика, лежащая в основе этого, была неизвестна.

"Мы поняли, что это был эффект защелкивания в GaN, который обеспечивает высокую производительность на радиочастотах".

Затем исследователям нужно было точно определить, где возник этот эффект, одновременно используя сверхточные электрические измерения и оптическую микроскопию, чтобы его можно было дополнительно изучить и понять. После анализа более 1000 плавников ученые обнаружили, что этот эффект связан с самым широким плавником.

Профессор Кубалл, который также является заведующим кафедрой новых технологий Королевской инженерной академии, добавил: "Мы также разработали 3D-модель с использованием симулятора для дальнейшей проверки наших наблюдений. Следующей задачей было изучить аспекты надежности эффекта защелки для практического применения. Тщательное тестирование устройства в течение длительного периода времени показало, что это не оказывает негативного влияния на надежность или производительность устройства.

"Мы обнаружили, что ключевым аспектом, обеспечивающим такую надежность, является тонкий слой диэлектрического покрытия вокруг каждого из ребер. Но главный вывод был ясен - эффект защелки можно использовать для бесчисленных практических применений, которые могли бы помочь изменить жизнь людей самыми разными способами в ближайшие годы".

Следующие шаги в этой работе включают дальнейшее увеличение удельной мощности устройств, чтобы они могли обеспечивать еще более высокую производительность и обслуживать более широкую аудиторию. Отраслевые партнеры также будут выводить такие устройства следующего поколения на коммерческий рынок.

Исследователи из Бристольского университета находятся на переднем крае улучшения электрических характеристик и КПД в широком спектре различных применений и настроек.

Профессор Кубалл возглавляет Центр термографии и надежности устройств (CDTR), который разрабатывает полупроводниковые электронные устройства нового поколения для net zero, а также для коммуникационных и радиолокационных технологий. Он также работает над улучшением терморегулирования устройств, электрических характеристик и надежности, используя полупроводники с широкой и сверхширокополосной зоной.