下一代6G無線通信的夢想包括實現每秒數萬億比特的速度。現在，一項新的研究表明，由原子薄膜制成的神經元樣器件可能成為即將到來的6G網絡的關鍵開關。

當前一代無線通信5G于2020年開始推出。到2030年左右，6G的初步部署才可能實現，由于尚未制定標準，其可能采取的形式仍不確定。盡管如此，許多人仍設想6G的數據傳輸速率為每秒TB，以適用于自動駕駛汽車、增強現實和沉浸式臨場感等應用。

據悉，升級6G的一個關鍵構建塊或許是模擬交換機。這些常見的組件通過在接收數據時在網絡和頻率之間跳躍來幫助無線連接設備之間的通信。為了大幅降低整體能耗，研究人員正在探索非易失性存儲設備作為替代模擬開關。這些包括神經元型憶阻器、二維原子晶體管、電阻式隨機存取存儲器（RRAM）和相變存儲器（PCM）。

在這項新的研究中，研究人員將重點放在原子薄的二維材料上，這些材料原則上只需要很小的能量，有可能提高速度和電池壽命。研究人員此前開發了由二硫化鉬制成的非易失性開關，工作頻率高達50千兆赫，以及由六方氮化硼制成的開關，工作頻率為100千兆赫。

現在，這些科學家已經用二硫化鉬研制出非易失性模擬開關，其工作頻率約為100至500 GHz，6G可能包括這一通信頻段。

這種新器件將二硫化鉬夾在兩個金電極之間。這種金屬-絕緣體-金屬結構的行為類似于記憶電阻器，即記憶電阻器，這是科學家大約50年前預測的電子電路的一種構造塊，但僅在十多年前才首次創建。這些組件本質上是開關，可以記住在電源關閉后是打開還是關閉它們。理論上，憶阻器可以像人工神經元一樣，既能計算又能存儲數據。

在實驗中，新交換機可以在320 GHz的頻率下以高達每秒100 GB的速率進行數據通信，具有低誤碼率和高信噪比。它還可以在300 GHz的頻率下以1.5 Gb/s的速度傳輸實時高清電視，無需壓縮。它可以在半納秒內切換，能量只有50微微歐，比同類成熟設備低一個數量級以上。

“當我們第一次開始這項研究時，我們只能夢想這樣的性能，能夠在實際設備中真正實現這一應用是一個非常驚喜的結果，”研究合作者、德克薩斯大學奧斯汀分校的電氣工程師和材料科學家Deji Akinwande表示，“該應用程序為未來6G無線系統提供了非常清晰的節能通信組件。”

未來，研究人員的目標是將這些開關與硅芯片和電路集成。“二硫化鉬是可晶圓擴展的，可以與硅CMOS集成，”Akinwande說，“因此，這種開關設備可以很容易地與現代半導體微芯片技術集成，從而使多種行業受益，造福社會。”

Akinwande說，“目前對該設備的主要批評是這些開關的可靠性，尤其是在耐久性方面。這確實是一個對實際應用至關重要的問題，我們正在努力解決這一問題。”

審核編輯 ：李倩