Сеть нанометровых машин предлагает увлекательные потенциальные применения в медицине, промышленности, охраны окружающей среды и обороны, но до сих пор не был один очень небольшая проблема: ограниченные возможности наноразмерных антенн, изготовленных из традиционных металлических компонентов. Изготовить из традиционных материалов, таких как медь, связь между наномашинами с низким энергопотреблением практически невозможно. Но, воспользовавшись уникальными электронными свойствами материала, известного как графен, исследователи теперь считают, что они на верном пути для подключения устройств с питанием от небольшого количества энергии. На основе сотовой сети атомов углерода, графен может генерировать тип электронной поверхностной волны, которая позволила бы антенны только один микрон в длину и от 10 до 100 нанометров, чтобы сделать работу гораздо более крупных антенн. В то время как операционные графена нано-антенны до сих пор не продемонстрировали, исследователи говорят, что их моделирование и расчеты показывают, что наносети с использованием нового подхода возможны только с альтернативным материалом. "Мы эксплуатируют своеобразный распространение электронов в графене, чтобы сделать очень небольшую антенну, которая может излучать при гораздо более низких частотах, чем классических металлических антенн такого же размера", сказал Иэн Акульдич, профессор кафедры телекоммуникаций в Школе электротехники и вычислительной техники в Технологическом институте Джорджии. "Мы считаем, что это только начало новой парадигмы, основанной на использовании графена". При поддержке Национального научного фонда, исследование планируется сообщается в журнале IEEE Journal по отдельным областям в связи ( IEEE JSAC). В дополнение к наноразмерных антенн, исследователи также работают на основе графена наноразмерных приемопередатчиков и протоколов передачи, которые будут необходимы для связи между наномашин. Задача связи состоит в том, что при микронных размерах металлические антенны должны работать на частотах в сотни терагерц. В то время как эти частоты могут предложить преимущества в скорости передачи данных, их диапазон будет ограничен потерь при распространении в несколько микрометров. И они требуют много энергии - больше энергии, чем наномашины, скорее всего, есть. Акульдич изучает наносети с конца 1990-х годов, и пришел к выводу, что традиционные электромагнитные связи между этими машинами, могут оказаться недоступными. Но тогда он и его бывший студент, Хосеп Джорнет, а в настоящее время доцент Университета штата Нью-Йорк в Буффало - начали читать об удивительных свойств графена. Они были особенно заинтересованы в том, как электроны ведут себя в однослойных листов материала. "Когда электроны в графене возбуждаются от электромагнитной волны, например, они начинают двигаться вперед и назад," объясняет Акульдич. "Из-за уникальных свойств графена, эта глобальная колебаний электрического заряда приводит в ограниченном электромагнитной волны на верхней части графена слоя." Известные как поверхностно плазмонные поляризованные волны (SPP), эффект позволят наноантеннам работать на нижней части терагерцового диапазона, от 0,1 до 10 ТГц - а не на 150 терагерц, как требуют традиционные медные антенны на наноуровне. Для передачи волны SPP могут быть созданы путем инжекции электронов в слое диэлектрика под графеном.
Такие материалы, как золото, серебро и другие благородные металлы могут также поддерживать распространение SPP волн, но только при значительно более высоких частотах, чем графена. Обычные материалы, такие как медь, не поддерживают волны. Позволяя распространение электромагнитных волн на низких частотах терагерцового, волны SPP требуют меньше энергии - положить их в пределах досягаемости, что может быть возможным для наномашин, эксплуатируемых уборки энергии технологии пионером по Чжун Линь Ван, профессор в Школе Технология Грузии материаловедения и инженерии. "С помощью этой антенны, мы можем сократить частоту на два порядка и сократить потребности в электроэнергии на четыре порядка", сказал Джорнет."С помощью этой антенны, мы считаем, что методы энергии Комбайны, разработанные доктором Ван даст нам достаточно сил, чтобы создать линии связи между наномашин." Наномашины в сети, что Акульдич и Джорнет Енвинсон будут включать несколько интегрированных компонент. В дополнение к Наногенераторы энергии уборки, не было бы наноразмерных датчиков, обработки и памяти, технологии, которые разрабатываются другими группами. Работа, проводимая в Джорджии позволит наноразмерным антеннам и приемопередатчикам передавать устройствам информацию, которую для распознавания и обработки. "Каждый из этих компонентов будет иметь наноразмеры, но в общей сложности у нас будет машина измерения несколько микрометров," сказал Джорнет. "Там будет много компромиссов в использовании энергии и размера." Помимо давая наномашин способность общаться, сотни или тысячи графеновых наборов антенно-приемопередатчика могут быть объединены, чтобы помочь полноразмерных сотовые телефоны и подключенных к Интернету ноутбуки общаться быстрее. "Терагерцового диапазона может увеличить текущие скорости передачи данных в беспроводных сетях более чем на два порядка", отметил Акульдич."Скорости передачи данных в современных сотовых систем до одного гигабита в секунду в LTE передовых сетей или 10 гигабит в секунду в так называемой миллиметрового диапазона или 60 гигагерц систем. Мы ожидаем, что скорость передачи данных 60 терабит в секунду в терагерцового диапазона ".
Уникальные свойства графена, Акульдич говорит, имеют решающее значение для этой антенны - и других будущих электронных устройств. "Графен представляет собой очень мощный наноматериал, который будет доминировать в нашей жизни в ближайшие полвека", сказал он. "Европейское сообщество будет поддерживать очень большое консорциум с участием многих университетов и компаний с инвестициями в один миллиард евро для проведения исследований в этом материале." Eurekalert
| 