W lutym 2013 roku badacze z Uniwersytetu Harvarda i MIT zaprezentowali technologię dostrajania nanoanten przy pomocy układu opartego na grafenie. Pokazuje to potencjał zastosowania grafenu w nanoantenach urządzeń przenośnych, dlatego zdarzenie „Nanoanteny w urządzeniach mobilnych I” zostało rozstrzygnięte na TAK.
Możliwości nanotechnologii i jej zastosowań od dawna pobudzały ludzką wyobraźnię. Już Stanisław Lem w powieści „Niezwyciężony” z 1964 roku opisał starcie ludzi z robotami, które wielkością i swoim zachowaniem stadnym przypominają owady. Micheal Crichton opisał w powieści science fiction „Rój” (2002) wytworzoną przez naukowców wysoce zorganizowaną grupę nanobotów, zdolnych nie tylko do poruszania się w jednej formacji i wspólnego wykonywania zadań, ale także do nauki i przyswajania zachowań. Choć takie wizje są odległe od rzeczywistości, to współczesne badania drobnymi krokami zbliżają nas do realizacji tych idei. Jednym z pierwszych bastionów na tej drodze jest wykorzystanie nanoanten do komunikacji między urządzeniami mobilnymi. Grafen może być kluczem do osiągnięcia przełomu w tej dziedzinie.
Pomysł badaczy z Georgia Institute of Technology polega na wprawieniu w ruch oscylacyjny elektronów na powierzchni warstwy grafenu o długości 1000nm i szerokości 10-11nm. Ruch elektronów skutkuje wytworzeniem fali elektromagnetycznej, która przenosi informacje. Symulacje komputerowe pokazaly, że taka antena pracowałaby w zakresie częstotliwości 0.1-10THz, czyli znacznie niższym niż dla nanoanten miedziowych, które nie mogą pracować na częstotliwościach niższych niż 150THz. Zmniejszenie częstotliwości o dwa rzędy wielkości zmniejsza straty powstające podczas rozchodzenia się fal, a ponadto zapotrzebowanie na energię nadajników i odbiorników spada aż o cztery rzędy wielkości.
Powyższa technologia może zostać wykorzystana do połączenia setek czy nawet tysięcy nanoanten w układy nadawczo-odbiorcze, możliwe do zaimplementowania w telefonach komórkowych i komputerach z dostępem do Internetu. Dzięki temu zabiegowi urządzenia te mogłyby porozumiewać się szybciej. Zgodnie z wypowiedziami autorów powyższej pracy szybkość przesyłu danych mogłaby zostać zwiększona o ponad dwa rzędy wielkości, osiągając wartość terabitów na sekundę. Możliwość działania takich nanoanten jak i całej sieci wciąż jednak trzeba potwierdzić w warunkach laboratoryjnych.
Zastosowanie grafenu w technologii nanoanten zostało jednak już opracowane i potwierdzone doświadczalnie przez badaczy z MIT i Uniwersytetu Harvarda. W pracy opublikowanej w lutym 2013 przedstawili oni wyniki badań, w których wykorzystano grafen jako element umożliwiający dynamiczne dostosowywanie częstotliwości fali odbieranej przez anteny plazmoniczne. Te metalowe nanostruktury w odróżnieniu od tradycyjnych anten są w stanie operować sygnałami o długości fali przekraczającej długość samych urządzeń. Grafen pod wpływem napięcia zmienia swoje właściwości optyczne, dzięki czemu może wpływać na częstości rezonansowe (dostrajać) anteny w zakresie od promieniowania widzialnego do średniej podczerwieni w zaledwie nanosekundy.
Głównym zastosowaniem tej technologii prawdopodobnie będą urządzenia fotoniczne i optoelektroniczne w nanoskali. W elektronice konsumenckiej tego typu anteny mogłyby umożliwić komunikację między urządzeniami mobilnymi w podczerwieni oraz w paśmie światła widzialnego (tzw. Li-Fi, ang. light fidelity lub VLC, ang. visible light communication). Zarówno komunikacja w podczerwieni jak i Li-Fi ma szereg zalet, takich jak wysoka przepustowość, bezpieczeństwo przesyłanych danych, możliwość używania w miejscach, gdzie zanieczyszczenie promieniowaniem elektromagnetycznym jest niepożądane (np. szpitale, kabiny samolotów). Szczególnie technologia Li-Fi wydaje się być obiecująca – powstał już wykorzystujący ją smartphone odbierający dane za pomocą... ekranu. Być może w przyszłości konkurencja pomiędzy obecnie wykorzystywanymi technologiami bezprzewodowej transmisji danych (WiFi, Bluetooth) a komunikacją za pomocą światła widzialnego zaostrzy się, a kluczem do zwycięstwa będzie ujarzmienie właściwości grafenu.
Artykuł dotyczy rozstrzygnięcia zdarzenia Nanoanteny w urządzeniach mobilnych I. Zachęcamy do dyskutowania artykułu i rozstrzygnięcia w komentarzach na stronie zdarzenia.
Bibliografia:
http://www.news.gatech.edu/2013/12/11/graphene-based-nano-antennas-may-enable-networks-tiny-machines
http://www.gizmag.com/graphene-nano-antennas-smart-dust-swarm/30373/
http://phys.org/news/2013-12-graphene-based-nano-antennas-enable-networks-tiny.html
http://nanotechweb.org/cws/article/tech/55917
http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=06766176&tag=1
http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/nl3047943
http://en.wikipedia.org/wiki/Li-Fi
http://www.digitaltrends.com/mobile/wysips-solar-charging-screen-li-fi-impressions/#!NPEuo
Powrót
