5G, o lo standard tecnologico di quinta generazione per le reti cellulari a banda larga, è pubblicizzato come finalmente arrivato per velocità di download ultraveloci, la fine delle chiamate perse e del buffering, e una maggiore connettività per far progredire lo sviluppo dei veicoli autonomi, chirurgia a distanza, e l'Internet delle cose.

In verità, L'adozione della tecnologia 5G è ancora nelle sue fasi iniziali, secondo Michael Hill, direttore tecnico di Skyworks Solutions, una società di semiconduttori avanzati con sede in California. Nella loro carta, pubblicato in Lettere di fisica applicata , Hill e i suoi colleghi forniscono una panoramica sulle nascenti tecnologie 5G e mostrano come il miglioramento dei materiali ceramici potrebbe svolgere un ruolo fondamentale nello sviluppo del 5G.

Il 5G opera in due bande di frequenza:3-6 gigahertz per collegamenti a lunga distanza e una banda di frequenza molto più alta nella regione delle onde millimetriche (20-100 GHz) per velocità dati ultraveloci.

Accogliere la banda di frequenza più bassa, più vicino alle regioni spettrali 4G, è meno problematico dei cambiamenti significativi necessari per realizzare pienamente la capacità del 5G nelle gamme di frequenza più elevate. Per esempio, il tipo di frequenza è legato alla potenza complessiva del segnale. Maggiore è la frequenza, minore è la distanza che l'onda può percorrere.

I materiali ceramici sono stati a lungo utilizzati nelle tecnologie di rete di comunicazione wireless sia per i dispositivi mobili che per le stazioni base. Valorizzare la ceramica, perciò, è stato un obiettivo centrale nel miglioramento della capacità 5G. Da parte loro, Il gruppo di ricerca di Hill ha sviluppato una ceramica per migliorare un dispositivo fondamentale per le applicazioni 5G, chiamato circolatore.

Tipicamente realizzati con materiali ceramici isolanti a base di granato di ferro ittrio, i circolatori sono dispositivi a tre porte che fungono da rotatorie per mantenere il segnale che scorre in una direzione e consentire a un ricevitore e un trasmettitore di condividere la stessa antenna.

Per aumentare significativamente la densità di energia per accogliere le frequenze più alte, i ricercatori hanno parzialmente sostituito l'ittrio con il bismuto, un elemento pesante che aumenta la costante dielettrica della ceramica. Le sostituzioni del bismuto consentono anche la miniaturizzazione dei circolatori.

Mentre la battaglia sulla tecnologia 5G continua a scaldarsi, i circolatori potrebbero essere soppiantati da interruttori ad alta potenza a base di nitruro di gallio, il che mostra quanto sia ancora presto la fase per lo sviluppo della tecnologia 5G.

"È probabile che la tecnologia delle onde millimetriche sarà il selvaggio west per un po' di tempo, poiché una tecnologia può dominare solo per essere rapidamente soppiantata da una tecnologia diversa, " disse Hill.