Graphene og terahertz -bølger kan lede vejen til fremtidig kommunikation

Ved at udnytte terahertz -bølger i elektronik, fremtidig datatrafik kan få et stort løft fremad. Indtil nu, terahertz (THz) frekvensen ikke er blevet anvendt optimalt til datatransmission, men ved hjælp af grafen, forskere ved Chalmers University of Technology er kommet et skridt tættere på et muligt paradigmeskift for den elektroniske industri.

Over 60 unge forskere fra hele verden vil lære mere om dette og andre emner, når de samles uden for Göteborg, Sverige, at deltage i denne uges sommerskole Graphene Study, arrangeret af Graphene Flagship.

Det er EU's største forskningsinitiativ nogensinde, Flagens flagskib, koordineret af Chalmers, der organiserer skolen i denne uge, 25-30 juni 2017. I år afholdes det i Sverige med fokus på elektroniske applikationer af det todimensionale materiale med den ekstraordinære elektriske, optisk, mekaniske og termiske egenskaber, der gør det til et mere effektivt valg end silicium i elektroniske applikationer. Andrei Vorobiev er forsker ved Institut for Mikroteknologi og Nanovidenskab på Chalmers samt en af ​​de mange førende eksperter, der holder foredrag på Graphene Study, og han forklarer, hvorfor grafen er velegnet til udvikling af enheder, der opererer i THz -området:

"En af grafenens særlige træk er, at elektronerne bevæger sig meget hurtigere end i de fleste halvledere, der bruges i dag. Takket være dette kan vi få adgang til de høje frekvenser (100-1000 gange højere end gigahertz), der udgør terahertz-området. Datakommunikation har derefter potentiale for at blive op til ti gange hurtigere og kan overføre meget større datamængder, end det er muligt i øjeblikket ", siger Andrei Vorobiev, seniorforsker ved Chalmers University of Technology.

Forskere på Chalmers er de første, der har vist, at grafenbaserede transistorenheder kunne modtage og konvertere terahertz -bølger, en bølgelængde placeret mellem mikrobølger og infrarødt lys, og resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet IEEE -transaktioner om mikrobølge teori og teknikker . Et eksempel på disse enheder er en 200-GHz subharmonisk resistiv mixer baseret på en CVD-grafen-transistor integreret på silicium, der kunne bruges i højhastigheds trådløse kommunikationsforbindelser.

Et andet eksempel, drage fordel af grafens unikke kombination af fleksibilitet og høj bærehastighed, er en effektdetektor baseret på en grafentransistor integreret på fleksible polymersubstrater. Interessante applikationer for en sådan effektdetektor omfatter bærbare THz -sensorer til sundhedspleje og fleksible THz -detektorarrays til interferometrisk billeddannelse i høj opløsning, der skal bruges i biomedicinsk og sikkerhedsbilleddannelse, fjernbetjening, materialesyn og profilering og emballageinspektion.

"Analyse viser, at fleksible billeddetektordetektorer er et område, hvor THz-applikationer af grafen har et meget stort effektpotentiale. Et eksempel på, hvor dette kan bruges, er i sikkerhedsscanningen i lufthavne. Fordi den grafenbaserede terahertz-scanner er bøjelig kan du ' får en meget bedre opløsning og kan hente flere oplysninger, end hvis scannerens overflade er flad, «siger Vorobiev.

Men på trods af fremskridtene meget arbejde er tilbage, før de endelige elektroniske produkter når markedet. Andrei Vorobiev og hans kolleger arbejder nu på at udskifte siliciumbasen, hvorpå grafen er monteret, hvilket begrænser grafens ydeevne, med andre todimensionale materialer, som, tværtimod, kan forstærke effekten yderligere. Og Vorobiev håber, at han vil kunne inspirere de studerende, der deltager i Graphene Study, til at nå nye videnskabelige gennembrud.

"I de sidste halvtreds år har al elektronisk udvikling har fulgt Moores lov, hvilket siger, at der hvert år vil blive anvendt flere og flere funktioner på stadig mindre overflader. Nu ser det ud til, at vi har nået den fysiske grænse for, hvor små de elektroniske kredsløb kan blive, og vi skal finde et andet princip for udvikling. Nye materialer kan være en løsning, og forskning om grafen viser positive resultater. Arbejde med grafenrelateret forskning handler om at bryde nye veje, hvilket indebærer mange vanskelige udfordringer, men til sidst kan vores arbejde revolutionere kommunikationens fremtid, og det er det, der gør det så spændende, "siger Andrei Vorobiev, seniorforsker ved Chalmers University of Technology.