Grafenantenner skulle möjliggöra trådlösa Terabit-nedladdningar

Vill du ladda upp hundratals filmer trådlöst till en mobil enhet på några sekunder? Forskare vid Georgia Tech har utarbetat ritningar för en trådlös antenn gjord av atomtunna ark av kol, eller grafen, som kan tillåta terabit per sekund överföringshastigheter på korta avstånd.

Det är en gigantisk volym bandbredd. Nuförtiden, om du försöker kopiera allt från en dator till en annan trådlöst, tar det timmar. Om du har det här kan du göra allt på en sekund—boom, säger Ian Akyildiz , chef för laboratoriet för trådlöst bredband vid Georgia Tech.

En terabit per sekund skulle kunna göras med en räckvidd av cirka en meter med en grafenantenn, vilket skulle göra det möjligt att få 10 högupplösta filmer genom att vifta telefonen förbi en annan enhet i en sekund. Akyildiz och kollegor har också beräknat att vid ännu kortare avstånd, som några centimeter, är datahastigheter på upp till 100 terabit per sekund teoretiskt möjliga.

Grafen är ett ark av kol bara en atom tjockt, i en bikakestruktur, och det har många önskvärda elektroniska egenskaper. Elektroner rör sig genom grafen med praktiskt taget inget motstånd - 50 till 500 gånger snabbare än de gör i kisel.

För att göra en antenn, säger gruppen, kan grafen formas till smala remsor på mellan 10 och 100 nanometer breda och en mikrometer långa, vilket gör att det kan sända och ta emot vid terahertz-frekvensen, vilket ungefär motsvarar dessa storleksskalor. Elektromagnetiska vågor i terahertz-frekvensen skulle sedan interagera med plasmoniska vågor - elektronsvängningar vid grafenremsans yta - för att skicka och ta emot information.

Ett papper som beskriver designen och relaterade beräkningar kommer att dyka upp i IEEE:s Journal of Selected Areas in Communication senare i år. Uppsatsen bygger på annan forskning om grafens elektroniska egenskaper, men är den första som beräknar optimala konfigurationer av antennerna.

Detta påpekar och ger en uppsättning klassiska beräkningar på uppskattningar av storlekar och prestanda: det påpekar att det finns något som är värt besväret här, säger Phaedon Avouris, en IBM-stipendiat som leder grafen och annan teknologi i nanometerskala vid IBM Research i Yorktown Heights, New York. Det löser inte hela problemet, men pekar ut en möjlighet.

Förutom att underlätta höghastighetskommunikation mellan enheter, kan grafenantenner möjliggöra snabbare trådlösa anslutningar mellan komponenter i nanoskala på chips. Antenner gjorda av grafen kan göras mycket mindre i alla dimensioner än en metalltrådsantenn. Det kan göras för att vara i storleksordningen en mikrometer eller några nanometer, säger Avouris. Betydelsen är att antennen kan inbyggas i ett mycket litet föremål.

Naturligtvis ligger otaliga utmaningar framför sig. Antenner fungerar inte ensamma; de förlitar sig på många andra komponenter – såsom signalgeneratorer och detektorer, förstärkare och filter – som alla skulle behöva tillverkas i liknande skalor och med liknande hastigheter för att göra en komplett enhet.

Forskare måste också ta reda på hur man gör tillverkningen. Att arbeta med materialet är extremt knepigt, eftersom dess egenskaper förändras när det kommer i kontakt med andra material.

Men Georgia Tech-gruppen hoppas kunna göra en prototyp av en antenn inom ett år, tillade Akyildiz, och andra komponenter efter det.

Beräkningarna är det senaste beviset på de slående möjligheterna med grafen, som anses tillhandahålla högpresterande transistorer, solceller och andra elektroniska enheter (se Forskningstips om Graphene's Photovoltaic Potential and Graphene Transistors).

Dölj