RAIU

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ Metadevice ทลายกำแพงการสื่อสารด้วยความเร็วสูงระดับพิเศษ

นักวิจัยจาก EPFL ค้นพบวิธีใหม่ในการใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในงานวิศวกรรม Metastructures ในระดับ Sub-wavelength Scale ซึ่งสามารถใช้งานกับอุปกรณ์ความเร็วสูงพิเศษยุคต่อไปในการแลกเปลี่ยนข้อมูลปริมาณมหาศาลด้วยแอปพลิเคชัน 6G และสิ่งที่กำลังเกิดขึ้นใหม่

หัวใจของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ยุคใหม่นั้นอยู่ที่การย่อขนาดทรานซิสเตอร์และส่วนประกอบอื่น ๆ แต่ทว่าแนวคิดนี้ก็มาถึงขีดจำกัดเช่นกันเพราะการย่อขนาดนั้นส่งผลต่อความสมดุลที่เกิดขึ้น ผลกระทบที่เกิดขึ้นนั้นเป็นอันตราย เช่น การลดลงของความต้านทานและกำลังของ Output เป็นต้น

ไม่กี่ปีที่ผ่านมานั้นมีการตีพิมพ์งานวิจัยอุปกรณ์ที่เล็กลงมาเรื่อย ๆ อย่างต่อเนื่อง ซึ่งในกรณีของวัสดุที่ผลิตจาก Gallium Nitride ซึ่งเป็นวัตถุดิบที่ดีที่สุดในแง่ของคลื่นความถี่น้ันถูกตีพิมพ์ขึ้นมาหลายปีก่อนหน้า หลังจากนั้นไม่พบว่ามีเอกสารใหม่ที่มีการยกระดับประเด็นดังกล่าวขึ้นอย่างชัดเจน เพราะเมื่อขนาดถูกลดลงกลับต้องเผชิญหน้ากับข้อจำกัดด้านคุณสมบัติพื้นฐานแทน

เพื่อเผชิญหน้ากับความท้าทายดังกล่าวนักวิจัยจึงค้นหาวิธีใหม่ ๆ ที่จะก้าวข้ามข้อจำกัดและเปิดทางสู่อุปกรณ์ระดับ Terahertz ใหม่ แทนที่จะลดขนาดอุปกรณ์ นักวิจัยจึงนำมาจัดเรียงใหม่ด้วยการกัดแพทเทิร์นจุดสัมผัสที่เรียกว่า Metastructure ที่ระดับความห่าง Sub-wavelength ลงไปในเซมิคอนดักเตอร์ที่สร้างจาก Gallium Nitride โดย Metastructure จะยอมให้สนามไฟฟ้าภายในอุปกรณ์สามารถควบคุมได้ทั้งยังมีคุณสมบัติพิเศษที่ไม่อาจพบได้ในธรรมชาติอีกด้วย

อุปกรณ์ดังกล่าวสามารถทำงานได้ที่ความถี่แม่เหล็กไฟฟ้าในระดับช่วง Terahertz (ระหว่าง 0.3 – 30 THz) ซึ่งมีความเร็วแตกต่างจากคลื่น Gigahertz ที่ใช้กันอยู่ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบัน ทำให้สามารถรองรับข้อมูลปริมาณมหาศาลซึ่งเหมาะสมกับเทคโนโลยี 6G หรือสิ่งที่ไปไกลเกินกว่านั้นได้

เพราะความถี่ระดับ Terahertz นั้นเร็วเกินไปอิเล็กทรอนิกส์ในปัจจุบันและช้าเกินกว่าการใช้งานแอปพลิเคชันด้าน Optics ต่าง ๆ สิ่งนี้รู้จักกันในชื่อ Terahertz Gap ด้วยการใช้ Sub-wavelength Metastructure เพื่อ Modulate คลื่น Terahertz เป็นเทคนิคที่มาจากโลกของ Optics แต่ด้วยวิธีของ POWERlab จะเพิ่มระดับในการควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ได้แตกต่างจากแนวทางของ Optics ที่ใช้แสงจากภายนอกฉายลงไปยังแพทเทิร์นที่มีอยู่แล้ว ซึ่งวิธีนี้ความสามารถในการควบคุมคลื่นวิทยุที่ถูกเหนี่ยวนำจะมาจากการผสมผสานของ Sub-wavelength Patterned Contact บวกกับการควบคุมช่องทางอิเล็กทรอนิกส์ด้วยแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ นั่นหมายความว่าจะสามารถเปลี่ยน Collective Effect ภายใน Metadevice ได้ด้วยการเหนี่ยวนำอิเล็กตรอน