Возможность управлять автомобилем без водителя, моментально получать медицинский диагноз, не выходя из дома, или даже ощущать прикосновения близких людей, находящихся на другом конце континента, все еще звучит как фантастика. Однако благодаря новому исследованию команды ученых из Университета Бристоля под руководством профессора Мартина Кубалла, момент, когда такие технологии станут реальностью, стремительно приближается.
Центральным элементом работы стало создание новой архитектуры для усилителей радиочастотного сигнала, которые используют материал с исключительными свойствами — нитрид галлия (GaN). Этот полупроводник уже давно считался перспективным для технологий связи, но на этот раз исследователям удалось раскрыть его потенциал в совершенно новом свете благодаря обнаружению так называемого эффекта защелки (latch-effect), который ранее в подобных устройствах не фиксировался. Именно этот эффект позволил значительно повысить производительность радиочастотных усилителей, сделав их быстрее, мощнее и надежнее.
Для достижения таких результатов команда физиков и инженеров использовала уникальные транзисторы с архитектурой SLCFET (superlattice castellated field effect transistors). У таких устройств есть больше тысячи крошечных «плавников» шириной менее 100 нанометров, через которые проходит ток. Исследователи установили, что именно в самом широком из этих плавников проявляется ключевой эффект защелки, который обеспечивает выдающиеся рабочие характеристики на частотах от 75 до 110 гигагерц — это так называемый W-диапазон, критически важный для развития связи шестого поколения 6G.
Чтобы точно определить местоположение и природу latch-эффекта, ученые провели ультраточные электрические измерения в сочетании с оптической микроскопией, а затем создали трехмерную модель, которая позволила подтвердить наблюдения. Одним из важнейших открытий стало то, что этот эффект не ухудшает надежность устройства даже при его длительном использовании. Наоборот, тонкое диэлектрическое покрытие, нанесенное на каждый плавник, обеспечивало стабильность работы. Это делает возможным широкое практическое применение latch-эффекта в самых разных сферах — от медицины до транспорта и виртуальной реальности.
Развитие таких технологий может полностью перевернуть нашу реальность уже в ближайшие десять лет. Удаленная диагностика и хирургия, виртуальное обучение и путешествия, автономные автомобили и достижения искусственного интеллекта — все это становится возможным благодаря высокоскоростной передаче данных, которую смогут обеспечить новые устройства. Переход от 5G к 6G требует радикального обновления всей инфраструктуры связи, и инновации в сфере полупроводников станут ее основой.
Следующим шагом, по словам исследователей, станет дальнейшее увеличение плотности мощности этих устройств, чтобы повысить их эффективность. Уже сейчас такие технологии внедряются в промышленности, в ближайшем будущем они появятся и на коммерческом рынке.
Тем временем российские ученые разработали технологию создания логических элементов вычислителей на новых физических принципах с точностью до 0,2 ангстрема (0,02 нм). Такие элементы лягут в основу 1000-кубитных квантовых компьютеров.
