211service.com
Grafeenantennes zouden Terabit draadloze downloads mogelijk maken
Wilt u binnen enkele seconden honderden films draadloos uploaden naar een mobiel apparaat? Onderzoekers van Georgia Tech hebben blauwdrukken opgesteld voor een draadloze antenne gemaakt van atoomdunne vellen koolstof, of grafeen, die overdrachtssnelheden van terabit per seconde op korte afstanden mogelijk zou kunnen maken.
Het is een gigantisch volume aan bandbreedte. Als je tegenwoordig alles draadloos van de ene naar de andere computer probeert te kopiëren, duurt dat uren. Als je dit hebt, kun je alles in één seconde doen - boem, zegt Ian Akyildiz , directeur van het laboratorium voor draadloze breedbandnetwerken bij Georgia Tech.
Een terabit per seconde zou kunnen worden gedaan op een afstand van ongeveer een meter met behulp van een grafeenantenne, waarmee het mogelijk zou worden om 10 high-definition films te maken door je telefoon één seconde langs een ander apparaat te zwaaien. Akyildiz en collega's hebben ook berekend dat op nog kortere afstanden, zoals enkele centimeters, datasnelheden tot 100 terabit per seconde theoretisch mogelijk zijn.
Grafeen is een koolstoflaag van slechts één atoom dik, in een honingraatstructuur, en het heeft veel gewenste elektronische eigenschappen. Elektronen bewegen vrijwel zonder weerstand door grafeen - 50 tot 500 keer sneller dan in silicium.
Om een antenne te maken, zegt de groep, zou grafeen kunnen worden gevormd in smalle stroken van tussen de 10 en 100 nanometer breed en één micrometer lang, waardoor het kan zenden en ontvangen op de terahertz-frequentie, die ongeveer overeenkomt met die maatschalen. Elektromagnetische golven in de terahertz-frequentie zouden dan interageren met plasmonische golven - oscillaties van elektronen aan het oppervlak van de grafeenstrook - om informatie te verzenden en te ontvangen.
Een paper waarin het ontwerp en de bijbehorende berekeningen worden beschreven, verschijnt in IEEE's Journal of Selected Areas in Communication later dit jaar. De paper bouwt voort op ander onderzoek naar de elektronische eigenschappen van grafeen, maar is de eerste die optimale configuraties van de antennes berekent.
Dit wijst op en biedt een reeks klassieke berekeningen over schattingen van afmetingen en prestaties: het wijst erop dat hier iets de moeite waard is, zegt Phaedon Avouris, een IBM-fellow die grafeen en andere technologie op nanometerschaal leidt bij IBM Research in Yorktown Heights, New York. Het lost niet het hele probleem op, maar wijst op een kans.
Naast het vergemakkelijken van snelle communicatie tussen apparaten, kunnen grafeenantennes snellere draadloze verbindingen mogelijk maken tussen componenten op nanoschaal op chips. Antennes gemaakt van grafeen kunnen in alle afmetingen veel kleiner worden gemaakt dan een metaaldraadantenne. Het kan worden gemaakt in de orde van grootte van een micrometer of enkele nanometers, zegt Avouris. De betekenis is dat de antenne in een heel klein object kan worden ingebouwd.
Natuurlijk liggen er talloze uitdagingen in het verschiet. Antennes werken niet alleen; ze vertrouwen op veel andere componenten - zoals signaalgeneratoren en detectoren, versterkers en filters - die allemaal op vergelijkbare schaal en met vergelijkbare snelheden zouden moeten worden gefabriceerd om een compleet apparaat te maken.
Onderzoekers moeten ook uitzoeken hoe de productie moet worden uitgevoerd. Het werken met het materiaal is uiterst lastig, omdat de eigenschappen veranderen als het in contact komt met andere materialen.
De Georgia Tech-groep hoopt echter binnen een jaar een prototype van een antenne te maken, voegde Akyildiz toe, en andere componenten daarna.
De berekeningen zijn het nieuwste bewijs van de opvallende mogelijkheden van grafeen, dat wordt gezien als het leveren van hoogwaardige transistors, fotovoltaïsche apparaten en andere elektronische apparaten (zie Onderzoekstips bij Graphene's Photovoltaic Potential en Graphene Transistors).