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Antena de grafeno

Una antena de grafeno es una antena de alta frecuencia basada en grafeno , un cristal de carbono bidimensional de un átomo de espesor, diseñado para mejorar las comunicaciones por radio. [1] [2] [3] [4] La estructura única del grafeno permitiría estas mejoras. En última instancia, la elección del grafeno como base de esta nanoantena se debió al comportamiento de los electrones.

Antena

Sería inviable reducir simplemente las antenas metálicas tradicionales a tamaños nanométricos, porque requerirían frecuencias tremendamente altas para funcionar. [5] [6] [7] En consecuencia, se requeriría mucha energía para operarlas. Además, los electrones en estos metales tradicionales no son muy móviles en tamaños nanométricos y no se formarían las ondas electromagnéticas necesarias. Sin embargo, estas limitaciones no serían un problema con las capacidades únicas del grafeno. Una lámina de grafeno tiene el potencial de sostener una serie de electrodos metálicos. En consecuencia, sería posible desarrollar una antena a partir de este material. [8] [9]

Comportamiento del electrón

El grafeno tiene una estructura única, en la que los electrones pueden moverse con una resistencia mínima. Esto permite que la electricidad se mueva a una velocidad mucho mayor que en el metal, que se utiliza para las antenas actuales. Además, a medida que los electrones oscilan, crean una onda electromagnética sobre la capa de grafeno, conocida como onda polaritón plasmónica de superficie . Esto permitiría que la antena funcione en el extremo inferior de la frecuencia de terahercios, lo que sería más eficiente que las antenas actuales basadas en cobre. En última instancia, los investigadores prevén que el grafeno pueda superar las limitaciones de las antenas actuales. [8] [9]

Propiedades

Se ha estimado que se pueden alcanzar velocidades de hasta terabits por segundo utilizando un dispositivo de este tipo. [10] Las antenas tradicionales requerirían frecuencias muy altas para funcionar a escala nanométrica, lo que las convierte en una opción inviable. Sin embargo, el movimiento más lento de los electrones en el grafeno le permitiría funcionar a frecuencias más bajas, lo que lo convierte en una opción viable para una antena de tamaño nanométrico. [9] [11] [12]

Proyectos

Laboratorio Nacional de Oak Ridge

Los investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía han descubierto una forma única de crear una antena atómica. Dos láminas de grafeno se pueden conectar mediante un cable de silicio de aproximadamente 0,1 nanómetros de diámetro. Esto es aproximadamente 100 veces más pequeño que los cables metálicos actuales, que solo se pueden reducir a 50 nanómetros. Sin embargo, este cable de silicio es un dispositivo plasmótico , que permitiría la formación de ondas de polaritones plasmónicos superficiales necesarias para operar esta nanoantena. [12]

Samsung

Samsung ha financiado con 120.000 dólares la investigación de la antena de grafeno a un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia y de la Universidad Politécnica de Cataluña . Su investigación ha demostrado que el grafeno es un material viable para fabricar nanoantenas. Han simulado cómo se comportarían los electrones y han confirmado que deberían formarse ondas de polaritón plasmónicas de superficie. Esta onda es esencial para que la antena de grafeno funcione en el extremo inferior del rango de terahercios, lo que la hace más eficiente que los diseños de antena tradicionales. Los investigadores están trabajando actualmente en la implementación de su investigación y en la búsqueda de una forma de propagar las ondas electromagnéticas necesarias para operar la antena. Sus hallazgos se publicaron en el IEEE Journal on Selected Areas in Communications. [11] [13]

Universidad de Manchester

Una colaboración entre la Universidad de Manchester y un socio industrial desarrolló una nueva forma de fabricar antenas de grafeno para identificación por radiofrecuencia . [14] Las antenas están hechas de papel, son flexibles y respetuosas con el medio ambiente. Sus hallazgos se publicaron en Applied Physics Letters [15] y Graphene Security las está comercializando. [16]

Véase también

Referencias

  1. ^ Perruisseau-Carrier, Julien (2012). "Grafeno para aplicaciones de antena: oportunidades y desafíos desde las microondas hasta los THZ". Conferencia de Antenas y Propagación de Loughborough de 2012 (LAPC) . págs. 1–4. arXiv : 1210.3444 . doi :10.1109/lapc.2012.6402934. ISBN 978-1-4673-2220-1. Número de identificación del sujeto  36205070.
  2. ^ Wang, W.; Ma, C.; Zhang, X.; Shen, J.; Hanagata, N.; Huangfu, J.; Xu, M. (2019). "Antena de grafeno de 2,4 GHZ imprimible de alto rendimiento que utiliza tecnología de transferencia de agua". Ciencia y tecnología de materiales avanzados . 20 (1): 870–875. Bibcode :2019STAdM..20..870W. doi :10.1080/14686996.2019.1653741. PMC 6713133 . PMID  31489056. 
  3. ^ Correas-Serrano, D.; Gomez-Diaz, JS (2017). "Antenas basadas en grafeno para sistemas de terahercios: una revisión". arXiv : 1704.00371 [cond-mat.mes-hall].
  4. ^ Blackledge, JM; Boretti, A.; Rosa, L.; Castelletto, S. (2021). "Antenas de parche de grafeno fractal y la revolución de las comunicaciones THZ". Serie de conferencias IOP: Ciencia e ingeniería de materiales . 1060 (1): 012001. Bibcode :2021MS&E.1060a2001B. doi : 10.1088/1757-899X/1060/1/012001 . hdl : 11380/1236839 . S2CID  234080752.
  5. ^ Giannini, Vincenzo; Fernández-Domínguez, Antonio I.; Heck, Susannah C.; Maier, Stefan A. (2011). "Nanoantenas plasmónicas: fundamentos y su uso en el control de las propiedades radiativas de los nanoemisores". Chemical Reviews . 111 (6): 3888–3912. doi :10.1021/cr1002672. PMID  21434605.
  6. ^ Shah, Syed Imran Hussain; Lim, Sungjoon (2021). "Revisión de antenas recientes inspiradas en origami, desde el régimen de microondas hasta el de terahercios". Materiales y diseño . 198 : 109345. doi : 10.1016/j.matdes.2020.109345 . S2CID  229437610.
  7. ^ Hao, Huali; Hui, David; Lau, Denvid (2020). "Avance material en el desarrollo tecnológico para las comunicaciones inalámbricas 5G". Nanotechnology Reviews . 9 : 683–699. doi : 10.1515/ntrev-2020-0054 . S2CID  221371916.
  8. ^ ab Llatser, Ignacio (2012). Caracterización de nanoantenas basadas en grafeno en la banda de terahercios . IEEE European Conference on Antennas and Propagation. págs. 194–198. doi :10.1109/EuCAP.2012.6206598.
  9. ^ abc Dragoman, Mircea (2010). "Radio de terahercios basada en grafeno". Revista de Física Aplicada . 107 (10): 104313–104313–3. Código Bibliográfico :2010JAP...107j4313D. doi :10.1063/1.3427536.
  10. ^ Trevino, J.; Walsh, GF; Pecora, EF; Boriskina, SV; Dal Negro, L. (2013). "Nanoantenas acopladas fotónicas-plasmónicas para nanoenfoque multiespectral controlado por polarización". Optics Letters . 38 (22): 4861. Bibcode :2013OptL...38.4861T. doi :10.1364/OL.38.004861. PMID  24322151.
  11. ^ ab Toon, John (11 de diciembre de 2013). "Las nanoantenas basadas en grafeno pueden permitir redes de máquinas diminutas". Georgia Tech . Consultado el 28 de octubre de 2014 .
  12. ^ ab Anthony, Sebastian (2 de febrero de 2012). "El grafeno actúa como una antena plasmónica, conduce hacia cables de 0,1 nm en chips". ExtremeTech . Consultado el 12 de noviembre de 2014 .
  13. ^ Hewitt, John (25 de febrero de 2013). «Samsung financia un proyecto de antena de grafeno para enlaces inalámbricos ultrarrápidos entre chips». ExtremeTech . Consultado el 29 de octubre de 2014 .
  14. ^ "Una antena de grafeno podría proporcionar sensores baratos y flexibles". Universidad de Manchester. 20 de mayo de 2015. Consultado el 17 de julio de 2017 .
  15. ^ Huang, Xianjun; Leng, Ting; Zhang, Xiao; Chen, Jia Cing; Chang, Kuo Hsin; Geim, Andre K.; Novoselov, Kostya S.; Hu, Zhirun (2015). "Laminado de grafeno altamente conductor sin aglutinante para aplicaciones de radiofrecuencia impresas de bajo costo". Applied Physics Letters . 106 (20): 203105. Código Bibliográfico :2015ApPhL.106t3105H. doi :10.1063/1.4919935.
  16. ^ "Antenas de grafeno: seguridad con grafeno". graphenesecurity.co . Consultado el 17 de julio de 2017 .

Enlaces externos