В недалеком будущем с помощью новой технологии беспроводной связи можно будет загрузить на смартфон или планшетный компьютер сотни фильмов всего за несколько секунд времени. Такое фантастическое обещание может стать реальностью благодаря исследователям из Технологического университета Джорджии (Georgia Tech), которые создали новую антенну для беспроводных сетей, изготовленную из графена, тонкой углеродной пленки, толщиной в один атом. Использование таких антенн позволит получить терабитную скорость обмена информацией, правда на близком расстоянии.

«Терабит в секунду – это просто огромная полоса пропускания радиоканала. В настоящее время, если Вы используете беспроводную сеть для передачи данных от одного компьютера к другому, то для копирования информации достаточно большого объема потребуется значительное время, исчисляющее минутами в лучшем случае, а в худшем – часами. Но если у вас будет наша новая антенна, то все это займет только секунды времени» – рассказывает Иэн Акиилдиз (Ian Akyildiz), директор лаборатории широкополосных беспроводных сетей Georgia Tech.

Скорость передачи около одного терабита в секунду может быть получена с помощью графеновой антенны на расстоянии между обменивающимися устройствами до одного метра. Такая скорость позволит передать около 10 фильмов в высоком качестве всего за одну-две секунды времени.. Но на более коротком расстоянии, на расстоянии в несколько сантиметров, скорость передачи информации теоретически может достигнуть значения в 100 терабит в секунду.

Напомним, что графен – это особая форма углерода, кристаллическая решетка которого имеет толщину в один атом. Благодаря такой необычной структуре материал обладает уникальными химическими, физическими и электрическими свойствами, в том числе и высокой электропроводностью. При движении через графен электроны встречают в 50–500 раз меньше сопротивления, нежели чем при движении через кремний. Для того чтобы сделать графеновую антенну исследователи из Georgia Tech сначала изготовили графеновые полосы, шириной от 10 до 100 нанометров и длиной в 1 микрометр. Такие габариты излучающих элементов антенны позволяют ей эффективно работать в терагерцовом диапазоне, длина волны которого сопоставима с размерами антенны. Электромагнитные волны терагерцового диапазона эффективно взаимодействуют с плазмонами, колебаниями свободных электронов на поверхности материала, что позволяет осуществить передачу и прием информации.

Графеновые антенны могут послужить не только для организации сверхбыстродействующей беспроводной связи между различными устройствами, они рассматриваются также и в свете организации беспроводной связи между наноразмерными компонентами одного и того же чипа. «Антенны, изготовленные из графена, могут быть изготовлены в размерах, намного меньших, чем размеры металлических или кремниевых антенн со схожими характеристиками. Размеры графеновых антенн могут составлять от нескольких микрометров до нескольких нанометров, что позволит включать их в состав очень маленьких устройств» – рассказывают исследователи.

Конечно у группы исследователей впереди еще масса нерешенных проблем. Антенны не работают одни, для работы приемно-передающего тракта требуются генераторы сигнала, детекторы, усилители и фильтры, элементы, которые так же должны стать малогабаритными и которые должны работать на высоких частотах для того, чтобы стать одним единым законченным устройством.

Необычность используемого материала, графена, требует особых технологических методов и приемов. Особенно непредсказуемым графен становится в точках соприкосновения с другими материалами. Поэтому сейчас исследователи разрабатывают методы изготовления графеновой антенны, которые годятся для внедрения в промышленное производство.

Исследователи обещают, что готовые графеновые антенны будут продемонстрированы к концу этого года, а позже начнется разработка других компонентов для высокоскоростных приемно-передающих устройств.