Графенову антена дозволить домогтися терабитных швидкостей обміну інформацією в бездротових мережах
В недалекому майбутньому за допомогою нової технології бездротового зв'язку можна буде завантажити на смартфон або планшетний комп'ютер сотні фільмів всього за кілька секунд часу. Таке фантастичне обіцянка може стати реальністю завдяки дослідникам з Технологічного університету Джорджії (Georgia Tech), які створили нову антену для бездротових мереж, виготовлену з графена, тонкої вуглецевої плівки, товщиною в один атом. Використання таких антен дозволить отримати терабітну швидкість обміну інформацією, правда на близькій відстані.
"Терабіт в секунду - це просто величезна смуга пропускання радіоканалу. В даний час, якщо Ви використовуєте бездротову мережу для передачі даних від одного комп'ютера до іншого, то для копіювання інформації достатньо великого обсягу потрібно значний час, исчисляющее хвилинами в кращому випадку, а в гіршому - годинами. Але якщо у вас буде наша нова антена, то все це займе лише секунди часу" - розповідає Ян Акиилдиз (Ian Akyildiz), директор лабораторії широкосмугових бездротових мереж Georgia Tech.
Швидкість передачі близько одного терабіта в секунду може бути отримана з допомогою графенової антени на відстані обмінюються між пристроями до одного метра. Така швидкість дозволить передати близько 10 фільмів у високій якості всього за одну-дві секунди часу.. Але на більш короткій відстані, на відстані в кілька сантиметрів, швидкість передачі інформації теоретично може досягти значення 100 терабіт в секунду.
Нагадаємо, що графен - це особлива форма вуглецю, кристалічна решітка якого має товщину в один атом. Завдяки такій незвичайній структурі матеріал володіє унікальними хімічними, фізичними та електричними властивостями, в тому числі і високою електропровідністю. При русі через графен електрони зустрічають в 50-500 разів менше опору, ніж при русі через кремній. Для того щоб зробити графенових антену дослідники з Georgia Tech спочатку виготовили графенові смуги, шириною від 10 до 100 нанометрів і завдовжки в 1 мікрометр. Такі габарити випромінюючих елементів антени дозволяють їй ефективно працювати в терагерцевому діапазоні, довжина хвилі якого порівнянна з розмірами антени. Електромагнітні хвилі терагерцового діапазону ефективно взаємодіють з плазмонами, коливаннями вільних електронів на поверхні матеріалу, що дозволяє здійснити передачу і прийом інформації.
Графенові антени можуть послужити не тільки для організації надшвидкодіючої бездротового зв'язку між різними пристроями, вони розглядаються також і в світлі організації бездротового зв'язку між нанорозмірними компонентами одного і того ж чіпа. "Антени, виготовлені з графена, можуть бути виготовлені в розмірах, значно менших, ніж розміри металевих або кремнієвих антен зі схожими характеристиками. Розміри графенових антен можуть становити від кількох мікрометрів до кількох нанометрів, що дозволить включати їх до складу дуже маленьких пристроїв", - розповідають дослідники.
Звичайно у групи дослідників попереду ще багато невирішених проблем. Антени не працюють одні, для роботи приймально-передавального тракту потрібні генератори сигналу, детектори, підсилювачі та фільтри, елементи, які так само мають стати малогабаритними і які повинні працювати на високих частотах для того, щоб стати одним єдиним закінченим пристроєм.
Незвичайність використовуваного матеріалу, графена, вимагає особливих технологічних методів і прийомів. Особливо непередбачуваним графен стає в точках дотику з іншими матеріалами. Тому зараз дослідники розробляють методи виготовлення графенової антени, які годяться для впровадження у промислове виробництво. Дослідники обіцяють, що готові графенові антени будуть продемонстровані до кінця цього року, а пізніше розпочнеться розробка інших компонентів для високошвидкісних приймально-передавальних пристроїв.