Новая технология может удвоить спектральную полосу пропускания в некоторых системах 5G

Некоторые материалы, такие как дерево, являются изоляторами, которые блокируют поток электричества. Проводники, такие как медь, пропускают через себя электричество. Другие материалы — полупроводники — могут быть либо/или в зависимости от условий, таких как приложенное электрическое поле или температура. Однако, в отличие от дерева, меди или кремния, топологические изоляторы (ТИ) представляют собой экзотическое состояние вещества, проводящее на поверхности, но не в объеме. Такие уникальные свойства материала имеют большое научное значение и могут быть использованы в ряде технологий, включая беспроводную связь, радар и квантовую обработку информации.

Благодаря совместным усилиям исследовательские лаборатории Аравинда Нагулу, доцента кафедры электротехники и системотехники Престона М. Грина в Вашингтонском университете в Сент-Луисе, и его коллеги из Колумбийского университета и Центра перспективных научных исследований Городского университета Нью-Йорка продемонстрировали первую реализацию электромагнитного топологического изолятора на интегральной микросхеме.

Результаты совместного проекта были опубликованы 2 мая в журнале Nature Electronics.

Первый топологический изолятор Флоке на интегральной схеме. Стрелки показывают, как транзисторы используются для достижения невзаимности. Кредит: Аравинд Нагулу

«Топологические изоляторы обладают очень интересными свойствами и полезны сами по себе. Однако их реальный потенциал проявляется, когда они сочетаются с невзаимными свойствами», — сказал Нагулу.

Невзаимность обеспечивает одностороннее распространение электромагнитных (ЭМ) волн. Это свойство можно использовать в полнодуплексной связи, методе, который позволяет эффективно передавать и получать данные с использованием одной и той же частоты в одно и то же время, тем самым удваивая спектральную пропускную способность. Кроме того, TI с невзаимными свойствами предотвращают ослабление мощности сигнала из-за обратного рассеяния, если волна соприкасается с какими-либо деформациями или неровностями в среде.

Команда смогла использовать точно спроектированную временную модуляцию транзисторных ключей для достижения невзаимности и топологических изоляционных свойств на стандартной полупроводниковой ИС без необходимости использования экзотических материалов или экстремальных условий.

Этот крошечный интегрированный чип сочетает в себе экзотические области TI с реальным применением. Он также может перенаправлять электромагнитные волны по запросу, реконфигурируя отдельные элементарные ячейки в решетке, создавая ткань, которая гибко и произвольно направляет электромагнитные волны. Команда продемонстрировала, как реконфигурируемая интегральная схема может использоваться для новых беспроводных приложений 5G, таких как полнодуплексная беспроводная связь с несколькими антеннами и импульсный радар с несколькими антеннами.

Дополнительная информация: Аравинд Нагулу и др., Топологические изоляторы Флоке в масштабе микросхемы для беспроводных систем 5G, Nature Electronics (2022). DOI: 10.1038/s41928-022-00751-9

Бесплатная служба распространения новостей для научных организаций и стартапов

hello@technovery.com