Dvojici vedcov z Amerického námorného výskumného laboratória sa podarilo vytvoriť rezonančnú tunelovú diódu na báze nitridu gália, ktorá vykázala schopnosť prekročiť požiadavky na rýchlosť 5G sietí.

Portál Phys upozornil na prácu výskumného fyzika Davida Storma a elektrotechnika Tylera Growdena z Amerického námorného výskumného laboratória, ktorým sa podarilo vytvoriť pokročilú rezonančnú tunelovú diódu (RTD). Tá nájde svoje uplatnenie v elektronických systémoch určených nielen pre vysokorýchlostné 5G siete.

Aktuálne sa okrem 5G štandardov stále pracuje aj na ich hardvérovej časti, ktorá je nevyhnutná pre dosiahnutie cieľov, ktoré boli pre najnovšiu generáciu stanovené. V rámci hardvéru je reč o pokročilej elektronike, ktorá je schopná poskytnúť rýchle prenosy dát a zároveň zabezpečiť funkcionalitu 5G štandardov.

Tunelové diódy ako nástroj pre superýchle siete

V tomto smere sa v rámci elektroniky využívajú aj diódy alebo takzvané tunelové diódy, ktoré okrem iných vlastností umožňujú aj extrémne rýchly prenos elektrónov, pričom využívajú jav nazývaný aj ako kvantové tunelovanie, respektíve tunelový jav. Pri toto jave je pohyb elektrónov vytváraný tak, že samotné elektróny dokážu pri dostatočnej energii prekročiť princípy klasickej fyziky a prekonať potenciálové bariéry.

Zobraziť celú galériu (3)

Klasické tunelové diódy typu 1N3716. Zdroj: Wikipedia

Pri tomto jave sa elektróny dokážu správať ako častice, ale zároveň aj vlny. Presne tento princíp využili vedci pri vytvorení RTD diódy na báze nitridu gália, ktorú podrobne popísali vo svojej štúdii zverejnenej v žurnále Applied Physics Letters. Pri pokusoch dióda zaznamenala rekordné prúdové výstupy a spínacie rýchlosti.

Zobraziť celú galériu (3)

Zjednodušený pohľad na rezonančnú tunelovú diódu na báze nitridu gália a jej výkonnostné charakteristiky. Vedci z U.S. NRL predpokladajú, že táto RTD dióda môže byť použitá v technológiách presahujúcich požiadavky 5G sietí a vytvorili proces na dosiahnutie výťažku diódy na úrovni približne 90%. Zdroj: Tyler Growden. U.S. NRL

Tím zároveň v prípade diódy vyvinul opakovateľný proces na zvýšenie jej výťažku, ktorý sa pohyboval na hranici približne 90 %. Pre porovnanie, predchádzajúce pokusy vykazovali len 20 % výťažok. Tieto vlastnosti RTD diódy tak môžu byť využité v aplikačnej oblasti, ktorá vyžaduje elektromagnetické vlastnosti v regióne milimetrových vĺn a frekvencie rádovo v terahertzoch.

„Naša práca ukázala, že RTD na báze nitridu gálnatého nie sú prirodzene pomalé, ako si iní mysleli,“ povedal Growden. „Sú dobre porovnateľné v rámci frekvenčného aj výstupného výkonu s RTD z rôznych materiálov.“

Dôkladná príprava a proces výroby boli kľúčové

Storm zároveň poznamenal, že dosiahnutie vysokého výťažku prevádzkových tunelovacích zariadení môže byť ťažké, nakoľko vyžadujú ostré rozhrania na atómovej úrovni a sú veľmi citlivé na mnohé zdroje rozptylu a únikov. Príprava vzoriek, rovnomerný rast a riadený proces výroby v každom kroku boli preto kľúčovými prvkami uspokojivých výsledkov.

Zobraziť celú galériu (3)

David Storm a Tylera Growden, dvojica vedcov zodpovedná za vývoj RTD diódy na báze nitridu gália. Zdroj: U.S. Navy /Jonathan Steffen

Storm a Growden uviedli, že sú odhodlaní pokračovať v zdokonaľovaní svojho návrhu RTD diódy s cieľom zlepšiť jej súčasný výstup bez straty energetického potenciálu. Svoju prácu vykonávali spolu s kolegami z Ohio State University, Wright State University, ako aj s priemyselnými partnermi.

Pokiaľ dokážu uspieť, poskytnú elektronike fungujúcej na pozadí novej generácie sietí veľmi silný nástroj.