Små grafenradioer kan føre til Internet of Nano-Things

Til trådløs kommunikation, vi sidder alle fast på den samme trafikstoppede motorvej-det er en del af det elektromagnetiske spektrum kendt som radiobølger.

Fremskridt har gjort motorvejen mere effektiv, men båndbreddeproblemer vedvarer, da trådløse enheder formerer sig, og efterspørgslen efter data vokser. Løsningen kan være i nærheden, for det meste uudnyttet område af det elektromagnetiske spektrum kendt som terahertz -båndet.

"Til trådløs kommunikation, terahertz -båndet er som en ekspressbane. Men der er et problem:der er ingen indgangsramper, "siger Josep Jornet, Ph.d., adjunkt i Institut for Elektroteknik ved universitetet ved Buffalo School of Engineering and Applied Sciences.

Jornet er hovedforsker i et treårigt, $ 624, 497 tilskud fra U.S. Air Force Office of Scientific Research til at hjælpe med at udvikle et trådløst kommunikationsnetværk i terahertz -båndet. Medforskere er Jonathan Bird, Ph.d., professor i elektroteknik, og Erik Einarsson, Ph.d., adjunkt i elektroteknik, begge på UB.

Deres arbejde fokuserer på at udvikle ekstremt små radioer-lavet af grafen og halvledende materialer-der muliggør korte afstande, højhastighedskommunikation.

Teknologien kan i sidste ende reducere den tid, det tager at udføre komplekse opgaver, f.eks. migrering af filer fra en computer til en anden, fra timer til sekunder. Andre potentielle anvendelser omfatter implanterbare kropsnanosensorer, der overvåger syge eller udsatte mennesker, og nanosensorer placeret på aldrende broer, på forurenede vandveje og andre offentlige steder for at levere ultra-high-definition streaming.

Dette er eksempler på det såkaldte Internet of Nano-Things, en leg på det mere almindelige tingenes internet, hvor dagligdags genstande er tilsluttet skyen via sensorer, mikroprocessorer og anden teknologi.

"Vi vil være i stand til at skabe meget præcise, detaljerede og rettidige kort over, hvad der sker inden for et givet system. Teknologien har anvendelser inden for sundhedspleje, landbrug, energieffektivitet - stort set alt hvad du vil have mere data om, "Siger Jornet.

Terahertz -bølgernes uudnyttede potentiale

Klemt mellem radiobølger (en del af det elektromagnetiske spektrum, der inkluderer AM -radio, radar og smartphones) og lysbølger (fjernbetjeninger, fiberoptiske kabler og mere), terahertz -spektret bruges sjældent til sammenligning.

Grafenbaserede radioer kan hjælpe med at overvinde et problem med terahertz-bølger:de bevarer ikke deres strømtæthed over lange afstande. Det er en idé, at Jornet begyndte at studere i 2009 som kandidatstuderende ved Georgia Tech under Ian Akyildiz, Ph.d., Ken Byers Stoleprofessor i telekommunikation.

Graphen er et todimensionalt ark kulstof, der, udover at være utrolig stærk, tynd og let, har pirrende elektroniske egenskaber. For eksempel, elektroner bevæger sig 50 til 500 gange hurtigere i grafen sammenlignet med silicium.

I tidligere undersøgelser, forskere viste, at små antenner grafenstrimler 10-100 nanometer brede og en mikrometer lange, kombineret med halvledende materialer såsom indiumgalliumarsenid - kan transmittere og modtage terahertz -bølger med trådløse hastigheder større end en terabit i sekundet.

Men for at gøre disse radioer levedygtige uden for laboratoriet, antennerne har brug for andre elektroniske komponenter, såsom generatorer og detektorer, der arbejder i samme miljø. Dette er det arbejde, Jornet og hans kolleger fokuserer på.

Jornet siger, at tusinder - måske millioner - af disse radioradioer, der arbejder sammen, kunne tillade terahertz -bølger at rejse større afstande. Nanosenorerne kunne indlejres i fysiske objekter, såsom vægge og gadeskilte, samt chips og andre elektroniske komponenter, at oprette et internet af Nano-Things.

"Mulighederne er ubegrænsede, ”siger Jornet.

Jornet er medlem af Signaler, Forskningsgruppe for kommunikation og netværk ved UBs elektrotekniske afdeling, mens Bird og Einarsson arbejder i afdelingens Solid State Electronics -forskergruppe.

Det arbejde, der er beskrevet ovenfor, er et eksempel på instituttets strategi for at ansætte fakultetsmedlemmer med gratis ekspertise, der driver konvergensen af ​​grundforskningsområder, samtidig med at de udvikler nye teknologier og uddanner studerende.