stringtranslate.com

Графеновая антенна

Графеновая антенна — это высокочастотная антенна на основе графена , двумерного кристалла углерода толщиной в один атом, предназначенная для улучшения радиосвязи. [1] [2] [3] [4] Уникальная структура графена позволит реализовать эти улучшения. В конечном итоге выбор графена в качестве основы этой наноантенны был обусловлен поведением электронов.

Антенна

Было бы невозможно просто уменьшить традиционные металлические антенны до наноразмеров, потому что для их работы потребуются чрезвычайно высокие частоты. [5] [6] [7] Следовательно, для их эксплуатации потребуется много энергии. Более того, электроны в этих традиционных металлах не очень подвижны при наноразмерах, и необходимые электромагнитные волны не образуются. Однако эти ограничения не будут проблемой, учитывая уникальные возможности графена. Чешуйка графена может удерживать ряд металлических электродов. Следовательно, из этого материала можно было бы разработать антенну. [8] [9]

Поведение электрона

Графен имеет уникальную структуру, при которой электроны способны двигаться с минимальным сопротивлением. Это позволяет электричеству двигаться с гораздо большей скоростью, чем в металле, который используется для современных антенн. Кроме того, когда электроны колеблются, они создают электромагнитную волну на поверхности графенового слоя, называемую поверхностной плазмон-поляритонной волной . Это позволит антенне работать на нижнем конце терагерцовой частоты, что будет более эффективно, чем нынешние медные антенны. В конечном итоге исследователи предполагают, что графен сможет преодолеть ограничения существующих антенн. [8] [9]

Характеристики

Было подсчитано, что с помощью такого устройства можно достичь скорости до терабит в секунду. [10] Традиционным антеннам потребуются очень высокие частоты для работы в наномасштабах, что делает этот вариант невозможным. Однако уникальное, более медленное движение электронов в графене позволит ему работать на более низких частотах, что делает его подходящим вариантом для наноантенны. [9] [11] [12]

Проекты

Окриджская национальная лаборатория

Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) Министерства энергетики США нашли уникальный способ создания атомной антенны. Два листа графена можно соединить кремниевой проволокой диаметром примерно 0,1 нанометра. Это примерно в 100 раз меньше, чем у нынешних проводов на металлической основе, толщину которых можно уменьшить только до 50 нанометров. Однако эта кремниевая проволока представляет собой плазмотическое устройство, которое позволит формировать поверхностные плазмон-поляритонные волны, необходимые для работы этой наноантенны. [12]

Samsung

Samsung выделила 120 000 долларов на исследование графеновой антенны группе исследователей из Технологического института Джорджии и Политехнического университета Каталонии . Их исследования показали, что графен является подходящим материалом для изготовления наноантенн. Они смоделировали поведение электронов и подтвердили, что должны образовываться поверхностные плазмон-поляритонные волны. Эта волна необходима для работы графеновой антенны в нижнем конце терагерцового диапазона, что делает ее более эффективной, чем традиционные конструкции антенн. В настоящее время исследователи работают над реализацией своих исследований и поиском способа распространения электромагнитных волн, необходимых для работы антенны. Их результаты были опубликованы в журнале IEEE Journal on Selected Areas in Communications. [11] [13]

Манчестерский университет

В результате сотрудничества Манчестерского университета и промышленного партнера был разработан новый способ производства графеновых антенн для радиочастотной идентификации . [14] Антенны изготовлены из бумаги, гибки и экологически безопасны. Их результаты были опубликованы в журнале Applied Physics Letters [15] и коммерциализируются компанией Graphene Security. [16]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Перрюиссо-Кэррье, Жюльен (2012). «Графен для применения в антеннах: возможности и проблемы от микроволн до THZ». Конференция по антеннам и распространению радиоволн в Лафборо, 2012 г. (LAPC) . стр. 1–4. arXiv : 1210.3444 . дои : 10.1109/lapc.2012.6402934. ISBN 978-1-4673-2220-1. S2CID  36205070.
  2. ^ Ван, В.; Ма, К.; Чжан, X.; Шен, Дж.; Ханагата, Н.; Хуанфу, Дж.; Сюй, М. (2019). «Высокопроизводительная печатная антенна на основе графена 2,4 ГГц с использованием технологии передачи воды». Наука и технология перспективных материалов . 20 (1): 870–875. Бибкод : 2019STAdM..20..870W. дои : 10.1080/14686996.2019.1653741. ПМЦ 6713133 . ПМИД  31489056. 
  3. ^ Корреас-Серрано, Д.; Гомес-Диас, Дж.С. (2017). «Антенны на основе графена для терагерцовых систем: обзор». arXiv : 1704.00371 [cond-mat.mes-hall].
  4. ^ Блэкледж, Дж. М.; Боретти, А.; Роза, Л.; Кастеллетто, С. (2021). «Фрактальные графеновые патч-антенны и коммуникационная революция THZ». Серия конференций IOP: Материаловедение и инженерия . 1060 (1): 012001. Бибкод : 2021MS&E.1060a2001B. дои : 10.1088/1757-899X/1060/1/012001 . hdl : 11380/1236839 . S2CID  234080752.
  5. ^ Джаннини, Винченцо; Фернандес-Домингес, Антонио И.; Черт возьми, Сюзанна К.; Майер, Стефан А. (2011). «Плазмонные наноантенны: основы и их использование для управления радиационными свойствами наноизлучателей». Химические обзоры . 111 (6): 3888–3912. дои : 10.1021/cr1002672. ПМИД  21434605.
  6. ^ Шах, Сайед Имран Хусейн; Лим, Сончжун (2021). «Обзор недавних антенн, вдохновленных оригами, от микроволнового до терагерцового диапазона». Материалы и дизайн . 198 : 109345. doi : 10.1016/j.matdes.2020.109345 . S2CID  229437610.
  7. ^ Хао, Хуали; Хуэй, Дэвид; Лау, Денвид (2020). «Существенный прогресс в технологическом развитии беспроводной связи 5G». Обзоры нанотехнологий . 9 : 683–699. дои : 10.1515/ntrev-2020-0054 . S2CID  221371916.
  8. ^ аб Ллацер, Игнасио (2012). Характеристика наноантенн на основе графена в терагерцовом диапазоне . Европейская конференция IEEE по антеннам и распространению сигнала. стр. 194–198. doi :10.1109/EuCAP.2012.6206598.
  9. ^ abc Драгоман, Мирча (2010). «Терагерцовое радио на основе графена». Журнал прикладной физики . 107 (10): 104313–104313–3. Бибкод : 2010JAP...107j4313D. дои : 10.1063/1.3427536.
  10. ^ Тревино, Дж.; Уолш, Г.Ф.; Пекора, EF; Борискина С.В.; Даль Негро, Л. (2013). «Наноантенны с фотонно-плазмонной связью для поляризационно-управляемой мультиспектральной нанофокусировки». Оптические письма . 38 (22): 4861. Бибкод : 2013OptL...38.4861T. дои : 10.1364/OL.38.004861. ПМИД  24322151.
  11. ^ аб Мульт, Джон (11 декабря 2013 г.). «Наноантенны на основе графена могут создать сети крошечных машин». Технологический институт Джорджии . Проверено 28 октября 2014 г.
  12. ^ аб Энтони, Себастьян (2 февраля 2012 г.). «Графен действует как плазмонная антенна, ведет к проводам диаметром 0,1 нм в чипах». ЭкстримТех . Проверено 12 ноября 2014 г.
  13. ↑ Хьюитт, Джон (25 февраля 2013 г.). «Samsung финансирует проект графеновой антенны для сверхбыстрых беспроводных связей внутри чипа». ЭкстримТех . Проверено 29 октября 2014 г.
  14. ^ «Графеновая антенна« может стать дешевым и гибким датчиком »» . Манчестерский университет. 20 мая 2015 года . Проверено 17 июля 2017 г.
  15. ^ Хуан, Сяньцзюнь; Ленг, Тинг; Чжан, Сяо; Чен, Цзя Цин; Чанг, Го Синь; Гейм, Андре К.; Новоселов Костя С.; Ху, Жирунь (2015). «Ламинат графена с высокой проводимостью без связующего вещества для недорогой радиочастотной печати». Письма по прикладной физике . 106 (20): 203105. Бибкод : 2015ApPhL.106t3105H. дои : 10.1063/1.4919935.
  16. ^ «Графеновые антенны - безопасность графена». www.graphenesecurity.co . Проверено 17 июля 2017 г.

Внешние ссылки