Наноантенны, изготовленные из графена, позволят создать беспроводные сети, объединяющие группы нано- и микромеханизмов

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.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (9 votes)
Источник(и):

1. dailytechinfo.org

2. IEEE Spectrum



OSV аватар

Чем характерно наше время, так это как научились люди пудрить мозги друг другу. То, что обывателю пудрят мозги, что стало нормой, это конечно беда – люди сами себя обманывают и, как следствие и занимаются не тем, что полезно и нужно делать, и тратят ресурсы планеты уже в гигантских масштабах на разную фигню. Но то, что этот таракан пролез в «научные» головы и привело к тому, что наука в застое (см. «Непричёсанная физика и частица Бога» на rusnor.org), к тому, что достойные учёные не в почёте в самой науке, а проходимцы типа старого Алфёрова и молодых «открывателей графена» (см. там же «Графеновый вирус» и «О нанотрубках и графене знают даже малыши») преподносятся чуть ли не Эйнштейнами нашего века.

Большой барабан вокруг «графена», раскрученный его создателями с помощью технологий порносайтов, но в научной среде с целью саморекламы и получения нобеля, вовсю тарахтит. Куда только теперь «графен» не примазывают с целью рекламы. Вот Бил Гейтс стал выпускать «графеновые» презервативы, а сейчас на этом сайте и «графеновые» презервативы для радаров, и «графеновые» сами радары. Только добавлены дополнительные «умные слова» о «Терагерцовом» диапазоне и поверхностных плазменных колебаниях.

А если без умничанья рассказать о том, что сделано в этой работе, то всё будет прозаично просто.

Графит имеет высокую подвижность электронов (осцилляции де Гааза – ван Альфена наблюдаются при азоте, а не при гелии, как, например, у меди) и, поэтому, несмотря на небольшую концентрацию свободных электронов, обеспечивает очень высокую электропроводность в тонких слоях. В графите, на три валентных электрона в слое приходится один валентный электрон, обеспечивающий связь с соседними слоями. Если вырастить моноатомную монокристаллическую плёнку графита на подложке так, что межслоевые электроны связи замкнутся примерно эквивалентно монокристаллу, только на подложку, то мы и будем иметь графитовый выигрыш.

Графит полуметалл и концентрация свободных носителей на четыре порядка ниже, чем у металлов и, естественно, плазменные колебания в нём на более низких частотах (эти колебания в полупроводниках и других полуметаллах могут быть и на гораздо более низких частотах). Правда, говорить о поверхностных колебаниях для одноатомного слоя полная бессмыслица (глубина поверхностных колебаний много атомных слоёв) – это будут поверхностные для макрообъекта на котором одноатомный слой графита. И для макрообъекта по масштабу площади можно и говорить о плазменных колебаниях в терагерцовом диапазоне, т.к. он соответствует длине волны 300 мкм – надо иметь поперечник объекта не меньше длины волны – наноантены не годятся.

И с самим терагерцовым диапазоном для связи немало путаницы. Атмосфера практически не пропускает на длинах волн от 3 почти до 300 мкм, так что связь на долях терагерцев будет на микрорасстояния.

Станислав Ордин.