Графеновые наноантенны помогут освоить терагерцевые коммуникации

Сети, состоящие из наномашин, могут иметь впечатляющие потенциальные приложения в медицине, промышленности, защите окружающей среды и военном деле. Но для этого нужно обеспечить надежную связь между узлами такой сети, а антенны из традиционных электротехнических металлов, таких как медь, имеют весьма ограниченные возможности на наноуровне.

Для преодоления этого препятствия в Технологическом институте Джорджии решили использовать уникальные свойства графена. Как показали предварительные исследования, изготовленные из него антенны длиной от 10 до 100 нм вполне могут выполнять такие задачи, получая питание от улавливающих рассеянную энергию наноустройствами. Подобные наногенераторы, так же как и миниатюрные сенсоры, память, процессоры и прочие компоненты наномашин находятся в процессе разработки другими исследовательскими группами.

Под действием поступающей электромагнитной волны электроны в графене начинают колебаться, порождая поверхностную волну, известную как поверхностный плазмонный поляритон (SPP). Это явление позволяет наноантеннам работать в нижнем участке терагерцевого диапазона — от 0,1 до 10 ТГц, вместо 150 ТГц — частоты, необходимой для традиционных медных антенн в наномасштабе. В режиме передачи поляритоны можно генерировать, вводя электроны в диэлектрический слой под графеновой плоскостью.

Золото, серебро и другие благородные металлы также могут поддерживать распространение SPP, но на гораздо более высоких частотах, чем графен. «С этой антенной мы можем уменьшить частоту на два порядка и сократить расход энергии на четыре», — утверждает Джозеп Джорнет (Josep Jornet), один из авторов работы.

Используя методы моделирования исследователи опробовали многочисленные варианты конструкции наноантенн в своей лаборатории. Следующим этапом будет создание реальной графеновой наноантенны вместе с приемопередатчиком, базирующемся на этом же материале.

Спонсируемое Национальным научным фондом это исследование будет освещено в журнале IEEE Journal of Selected Areas in Communications (IEEE JSAC). Помимо антенн и приемопередатчиков участники проекта также работают над созданием коммуникационных протоколов, необходимых для организации связи между наномашинами.

Наряду с коммуникациями между наномашинами, сотни и тысячи графеновых трансиверов могут найти применение в полноразмерных сотовых телефонах, увеличив пропускную способность беспроводных каналов связи до нескольких терабит в секунду.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI