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美大學(xué)用石墨烯將天線縮小至1/100可用于太赫茲無線通信

[2014-03-06]來源:原件交易網(wǎng)

美國佐治亞理工學(xué)院(Georgia Institute of Technology)的研究人員公布了一項(xiàng)研究成果:用石墨烯制作的天線非常適于利用頻率在0.1THz到10THz之間的電磁波,即“太赫茲波”的無線通信。于是,制作用一般金屬天線無法實(shí)現(xiàn)的約1μm長(zhǎng)太赫茲無線模塊就有了實(shí)現(xiàn)的可能。

佐治亞理工學(xué)院設(shè)想的石墨烯天線示意圖。使用長(zhǎng)1μm、寬10nm~100nm的石墨烯帶。   

無線通信天線的尺寸一般需要與所用無線電波(電磁波)的波長(zhǎng)同等。如,無線LAN利用的2.4GHz頻帶的電波為數(shù)cm,毫米波為數(shù)mm。實(shí)際上,天線因使用高介電率材料等而小型化有所進(jìn)展,但即便如此也只能小型化至波長(zhǎng)的1/10左右?! ?

太赫茲波的波長(zhǎng)為100μm左右,因此天線及無線模塊的小型化極限也約為100μm長(zhǎng)。如果想使無線模塊小型化至1μm以下,就需要使用超過100THz或更高頻率的紅外線及可視光線作為無線的載波。而這種技術(shù)難度很大,憑借目前的無線路線技術(shù)無望實(shí)現(xiàn)。  

然而,據(jù)佐治亞理工學(xué)院教授Ian Akyildiz等介紹,若天線用石墨烯來制作,則其1/100的1μm長(zhǎng)度可實(shí)現(xiàn)與大約100μm長(zhǎng)的金屬天線同等的性能,這一點(diǎn)已由數(shù)值分析所證實(shí)。其原因大致有兩點(diǎn):一是石墨烯會(huì)發(fā)生表面等離極化激元(Surface Plasmon Polariton,SPP)現(xiàn)象,材料表面的電子與光子會(huì)發(fā)生共振,有一種擴(kuò)大效應(yīng)的功能。另一點(diǎn)是,由于石墨烯的特殊能帶結(jié)構(gòu)形成特殊導(dǎo)電性,即使是更長(zhǎng)波長(zhǎng)的電波,也會(huì)在石墨烯上產(chǎn)生共振?! ?

據(jù)稱,佐治亞理工學(xué)院的研究人員目前正在試制不只是天線,甚至連無線線路也使用石墨烯晶體管的無線模塊。“將來手機(jī)等終端等上配備數(shù)百~數(shù)千個(gè)石墨烯太赫茲無線模塊,可實(shí)現(xiàn)傳輸速度為1Tbit/秒左右的超高速無線通信”(Akyildiz)。   

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