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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, diseñada 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 necesitaría mucha energía para operarlos. Además, los electrones de 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 hojuela de grafeno tiene el potencial de contener una serie de electrodos metálicos. En consecuencia, sería posible desarrollar una antena a partir de este material. [8] [9]

Comportamiento de los electrones

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 más rápida que 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 de polariton del plasmón superficial . 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 podrá superar las limitaciones de las antenas actuales. [8] [9]

Propiedades

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

Proyectos

Laboratorio Nacional de Oak Ridge

Investigadores del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) del Departamento de Energía han descubierto una forma única de crear una antena atómica. Se pueden conectar dos láminas de grafeno 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 sólo pueden reducirse a 50 nanómetros. Sin embargo, este cable de silicio es un dispositivo plasmótico que permitiría la formación de ondas de polaritón de plasmón superficial necesarias para operar esta nanoantena. [12]

Samsung

Samsung ha financiado 120.000 dólares para la investigación de la antena de grafeno a un equipo de investigadores del Instituto Tecnológico de Georgia y 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 polariton en la superficie del plasmón. 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. Actualmente, los investigadores están trabajando para implementar su investigación y encontrar una manera de propagar las ondas electromagnéticas necesarias para operar la antena. Sus hallazgos fueron publicados en la revista IEEE Journal on Selected Areas in Communications. [11] [13]

Universidad de Mánchester

Una colaboración entre la Universidad de Manchester y un socio industrial desarrolló una nueva forma de fabricar antenas de grafeno para la identificación por radiofrecuencia . [14] Las antenas están basadas en papel, son flexibles y respetuosas con el medio ambiente. Sus hallazgos fueron publicados en Applied Physics Letters [15] y Graphene Security los comercializa. [dieciséis]

Ver también

Referencias

  1. ^ Perruisseau-Carrier, Julien (2012). "Grafeno para aplicaciones de antenas: oportunidades y desafíos desde microondas hasta THZ". Conferencia de propagación y antenas de Loughborough de 2012 (LAPC) . págs. 1–4. arXiv : 1210.3444 . doi : 10.1109/lapc.2012.6402934. ISBN 978-1-4673-2220-1. S2CID  36205070.
  2. ^ Wang, W.; Mac.; Zhang, X.; Shen, J.; Hanagata, N.; Huangfu, J.; Xu, M. (2019). "Antena imprimible de alto rendimiento basada en grafeno de 2,4 GHZ que utiliza tecnología de transferencia de agua". Ciencia y Tecnología de Materiales Avanzados . 20 (1): 870–875. Código Bib : 2019STAdM..20..870W. doi :10.1080/14686996.2019.1653741. PMC 6713133 . PMID  31489056. 
  3. ^ Correas-Serrano, D.; Gómez-Díaz, 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. Código bibliográfico : 2021MS&E.1060a2001B. doi : 10.1088/1757-899X/1060/1/012001 . hdl : 11380/1236839 . S2CID  234080752.
  5. ^ Giannini, Vincenzo; Fernández-Domínguez, Antonio I.; Diablos, Susannah C.; Maier, Stefan A. (2011). "Nanoantenas plasmónicas: fundamentos y su uso en el control de las propiedades radiativas de los nanoemisores". Reseñas químicas . 111 (6): 3888–3912. doi :10.1021/cr1002672. PMID  21434605.
  6. ^ Shah, Syed Imran Hussain; Lim, Sungjoon (2021). "Revisión sobre 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". Reseñas de nanotecnología . 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 . Conferencia europea IEEE sobre antenas y propagación. págs. 194-198. doi :10.1109/EuCAP.2012.6206598.
  9. ^ abc Dragoman, Mircea (2010). "Radio Terahercios basada en Grafeno". Revista de Física Aplicada . 107 (10): 104313–104313–3. Código Bib : 2010JAP...107j4313D. doi : 10.1063/1.3427536.
  10. ^ Treviño, J.; Walsh, GF; Pecora, EF; Boriskina, SV; Dal Negro, L. (2013). "Nanoantenas fotónicas-plasmónicas acopladas para nanoenfoque multiespectral controlado por polarización". Letras de Óptica . 38 (22): 4861. Código bibliográfico : 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 pequeñas". Tecnología de Georgia . Consultado el 28 de octubre de 2014 .
  12. ^ ab Anthony, Sebastián (2 de febrero de 2012). "El grafeno actúa como una antena plasmónica y conduce hacia cables de 0,1 nm en chips". Tecnología extrema . 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 y ultrarrápidos dentro del chip". Tecnología extrema . Consultado el 29 de octubre de 2014 .
  14. ^ "La antena de grafeno 'podría ofrecer sensores flexibles y económicos'". La 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, André K.; Novoselov, Kostya S.; Hu, Zhirun (2015). "Laminado de grafeno altamente conductor sin aglutinantes para aplicaciones de radiofrecuencia impresas de bajo coste". Letras de Física Aplicada . 106 (20): 203105. Código bibliográfico : 2015ApPhL.106t3105H. doi : 10.1063/1.4919935.
  16. ^ "Antenas de grafeno: seguridad de grafeno". Graphenesecurity.co . Consultado el 17 de julio de 2017 .

enlaces externos