Grafener, der skinner lys, kan føre til superhurtigt internet

Internetforbindelseshastigheder kan være titusinder gange hurtigere, end de er i øjeblikket, takket være forskning udført af forskere fra University of Manchester, der bruger vidundermateriale grafen.

Skrivning i journalen Naturkommunikation , et samarbejde mellem universiteterne i Manchester og Cambridge, som omfatter nobelprisvindende videnskabsmænd professor Andre Geim og professor Kostya Novoselov, har opdaget en afgørende opskrift på at forbedre karakteristika for grafenenheder til brug som fotodetektorer i fremtidig højhastigheds optisk kommunikation.

Ved at kombinere grafen med metalliske nanostrukturer, de viser en tyvefold forbedring i høst af lys med grafen, som baner vejen for fremskridt inden for højhastighedsinternet og anden kommunikation.

Ved at sætte to tætsiddende metaltråde oven på grafen og skinne lys på denne struktur, forskere har tidligere vist, at dette genererer elektrisk strøm. Denne enkle enhed præsenterer en elementær solcelle.

Endnu vigtigere for applikationer, sådanne grafenenheder kan være utrolig hurtige, titusinder og potentielt hundrede gange hurtigere end kommunikationshastigheder i de hurtigste internetkabler, hvilket skyldes den unikke karakter af elektroner i grafen, deres høje mobilitet og høje hastighed.

Den største anstødssten mod praktiske anvendelser af disse ellers meget lovende enheder har hidtil været deres lave effektivitet. Problemet er, at grafen - det tyndeste materiale i verden - absorberer lidt lys, kun cirka 3 %, mens resten går igennem uden at bidrage til den elektriske kraft.

Manchester-forskerne har løst problemerne ved at kombinere grafen med små metalliske strukturer, specielt arrangeret oven på grafen.

Disse såkaldte plasmoniske nanostrukturer har dramatisk forbedret det optiske elektriske felt, der mærkes af grafen, og effektivt koncentreret lys i det et-atom-tykke kulstoflag.

Ved at bruge den plasmoniske forbedring, grafens lysindsamlingsevne blev øget med tyve gange, uden at ofre noget af dens hastighed. Den fremtidige effektivitet kan forbedres yderligere.

Dr. Alexander Grigorenko, en ekspert i plasmonics og et ledende medlem af teamet, sagde:"Graphene virker en naturlig følgesvend til plasmonics. Vi forventede, at plasmoniske nanostrukturer kunne forbedre effektiviteten af ​​grafen-baserede enheder, men det er kommet som en behagelig overraskelse, at forbedringerne kan være så dramatiske."

Professor Novoselov tilføjede:"Teknologien til grafenproduktion modnes dag for dag, som har en umiddelbar indflydelse både på den type spændende fysik, som vi finder i dette materiale, og om gennemførligheden og rækken af ​​mulige anvendelser.

"Mange førende elektronikvirksomheder overvejer grafen til den næste generation af enheder. Dette arbejde øger helt sikkert grafens chancer yderligere."

Professor Andrea Ferrari, fra Cambridge Engineering Department, som leder Cambridge-indsatsen i samarbejdet, sagde "Hidtil, hovedfokus for grafenforskning har været på grundlæggende fysik og elektroniske enheder.

"Disse resultater viser dets store potentiale inden for fotonik og optoelektronik, hvor kombinationen af ​​dets unikke optiske og elektroniske egenskaber med plasmoniske nanostrukturer, kan udnyttes fuldt ud, selv i fravær af et bånd, i en række nyttige enheder, såsom solceller og fotodetektorer"

Grafen er et nyt todimensionelt materiale, der kan ses som et monolag af kulstofatomer arrangeret i et sekskantet gitter.

Det er et vidundermateriale, der besidder en lang række unikke egenskaber og i øjeblikket overvejes i mange nye teknologier.

Verdens tyndeste materiale blev opdaget på University of Manchester i 2004, som blev anerkendt af 2010 Nobelprisen i fysik tildelt Geim og Novoselov for deres "banebrydende eksperimenter vedrørende det todimensionelle materiale grafen".