Исследователи из Технологического института Джорджии (Georgia Institute of Technology), проведя ряд компьютерных моделирований, продемонстрировали возможность создания крошечных наноантенн из графена, с помощью которых сотни и тысячи механизмов или устройств нано- и микро-уровня могут объединиться в единую сеть посредством технологий беспроводной связи. Кроме предоставления подобной возможности, графеновые наноантенны могут быть использованы в мобильных телефонах и других электронных устройствах, имеющих подключение к Интернету, позволяя этим устройствам обмениваться данными с более высокими скоростями.

Как можно догадаться, основным ключевым моментом новых наноантенн является именно графен, который в отличие от традиционных металлов, меди или серебра, может работать в качестве антенны с гораздо меньшим количеством подводимой энергии.

Этот эффект достигается за счет использования поверхностных электронных волн, возникающих на поверхности графена при определенных условиях.

«Мы используем в своих интересах специфические особенности распространения электронов в графене. Это позволяет нам создать очень маленькую антенну, которая может излучать радиоволны с намного более низкими частотами, нежели это могут классические металлические антенны сопоставимых габаритных размеров» – рассказывает Иэн Акиилдиз (Ian Akyildiz), профессор из Технологического института Джорджии, – «Мы полагаем все это только началом разработки нового принципа организации беспроводных сетей на базе принципиально новых коммуникационных парадигм».

«Специфические особенности распространения», о которых упоминает профессор Акиилдиз, возникают, когда электроны графена возбуждаются поступающей извне электромагнитной волной.

В этом случае электроны начинают двигаться взад и вперед, создавая колебания электрического поля, которые, в свою очередь, становятся источником электромагнитной волны, распространяющейся исключительно по поверхности графена.

Это явление известно как поверхностная плазмонно-поляритонная волна (surface plasmon polariton, SPP), а ее использование позволит графеновым наноантеннам работать в нижней области терагерцового диапазона, между 0.1 и 10 терагерцами. Науке известны и металлы, такие как золото, на поверхности которых также могут возникать SPP-волны, но в случае металлов, все это происходит на гораздо более высоких частотах.

Данная работа очень хорошо стыкуется с работой профессора Жонга Лин Ван (Zhong Lin Wang), который, используя пьезоэлектрические свойства нанопроводников из окиси цинка, создал наногенераторы, способные вырабатывать энергию и производить электромагнитные волны в широком диапазоне, включая и диапазон, в котором графеновые наноантенны имеют максимальную эффективность.

Такие наногенераторы в комбинации с графеновыми наноантеннами, являются законченным передающим устройством, которое требует совсем небольшого количества энергии, получаемой от энергии движения нано- или микромеханизма.

«Благодаря новой графеновой наноантенне мы имеем возможность понизить на два порядка частоту работы радиопередающих устройств и сократить количество требующейся для работы устройства энергии на четыре порядка» – рассказывает Джозеп Джорнет (Josep Jornet), один из ученых, принимавших участие в данных исследованиях, – «Используя графеновую наноантенну и методы получения энергии доктора Вана, мы имеем практически законченное устройство, способное обеспечить беспроводную связь в пределах сетей, объединяющих различные наномеханизмы и другие устройства».

Пока исследователи мечтают об организации связи между наномашинами, использование графеновых наноантенн в сетях макромасштаба выглядит намного более привлекательно.

Терагерцовый диапазон, в котором эффективно работают графеновые наноантенны, может обеспечить передачу данных в беспроводных сетях со скоростью, на два порядка превышающей скорости существующих беспроводных технологий.