Door gebruik te maken van terahertz-golven in elektronica, toekomstig dataverkeer kan een flinke boost krijgen. Tot dusver, de terahertz (THz) frequentie is niet optimaal toegepast op datatransmissie, maar door grafeen te gebruiken, onderzoekers van Chalmers University of Technology zijn een stap dichter bij een mogelijke paradigmaverschuiving voor de elektronische industrie gekomen.

Meer dan 60 jonge onderzoekers van over de hele wereld zullen meer te weten komen over deze en andere onderwerpen terwijl ze zich buiten Göteborg verzamelen, Zweden, om deel te nemen aan de zomerschool Graphene Study van deze week, gearrangeerd door Graphene Flagship.

Het is het grootste onderzoeksinitiatief van de EU ooit, het vlaggenschip van grafeen, gecoördineerd door Chalmers, wie organiseert de school deze week, 25-30 juni 2017. Dit jaar wordt het gehouden in Zweden met de nadruk op elektronische toepassingen van het tweedimensionale materiaal met de buitengewone elektrische, optisch, mechanische en thermische eigenschappen die het een efficiëntere keuze maken dan silicium in elektronische toepassingen. Andrei Vorobiev is een onderzoeker bij de afdeling Micro Technology and Nanoscience van Chalmers en een van de vele vooraanstaande experts die lezingen geeft bij Graphene Study en hij legt uit waarom grafeen geschikt is voor het ontwikkelen van apparaten die in het THz-bereik werken:

"Een van de speciale kenmerken van grafeen is dat de elektronen veel sneller bewegen dan in de meeste halfgeleiders die tegenwoordig worden gebruikt. Hierdoor hebben we toegang tot de hoge frequenties (100-1000 keer hoger dan gigahertz) die het terahertz-bereik vormen. Datacommunicatie heeft dan de potentieel om tot tien keer sneller te worden en veel grotere hoeveelheden gegevens te kunnen verzenden dan momenteel mogelijk is", zegt Andrei Vorobiev, senior onderzoeker aan de Chalmers University of Technology.

Onderzoekers van Chalmers zijn de eersten die hebben aangetoond dat op grafeen gebaseerde transistorapparaten terahertz-golven kunnen ontvangen en omzetten, een golflengte tussen microgolven en infrarood licht, en de resultaten werden gepubliceerd in het tijdschrift IEEE-transacties op microgolftheorie en -technieken . Een voorbeeld van deze apparaten is een 200-GHz subharmonische resistieve mixer op basis van een CVD-grafeentransistor geïntegreerd op silicium die kan worden gebruikt in snelle draadloze communicatieverbindingen.

Een ander voorbeeld, profiteren van de unieke combinatie van flexibiliteit en hoge dragersnelheid van grafeen, is een vermogensdetector gebaseerd op een grafeentransistor geïntegreerd op flexibele polymeersubstraten. Interessante toepassingen voor een dergelijke vermogensdetector zijn onder meer draagbare THz-sensoren voor de gezondheidszorg en flexibele THz-detectorarrays voor interferometrische beeldvorming met hoge resolutie voor gebruik in biomedische en veiligheidsbeeldvorming, procescontrole op afstand, materiaalinspectie en profilering en verpakkingsinspectie.

"Analyse toont aan dat flexibele imaging-detectorarrays een gebied zijn waar THz-toepassingen van grafeen een zeer hoog impactpotentieel hebben. Een voorbeeld van waar dit zou kunnen worden gebruikt, is bij het scannen van beveiliging op luchthavens. Omdat de op grafeen gebaseerde terahertz-scanner buigbaar is, kun je krijgt een veel betere resolutie en kan meer informatie ophalen dan wanneer het oppervlak van de scanner vlak is, ', zegt Vorobiev.

Maar ondanks de vooruitgang, er is nog veel werk voordat de definitieve elektronische producten op de markt komen. Andrei Vorobiev en zijn collega's werken nu aan het vervangen van de siliciumbasis waarop het grafeen is gemonteerd, die de prestaties van het grafeen beperkt, met andere tweedimensionale materialen die, Integendeel, kan het effect nog versterken. En Vorobiev hoopt dat hij de studenten die deelnemen aan Graphene Study kan inspireren om tot nieuwe wetenschappelijke doorbraken te komen.

"In de afgelopen vijftig jaar alle elektronische ontwikkeling heeft de wet van Moore gevolgd, die zegt dat er elk jaar meer en meer functies zullen worden toegepast op steeds kleinere oppervlakken. Nu lijkt het erop dat we de fysieke limiet hebben bereikt van hoe klein de elektronische circuits kunnen worden en we moeten een ander principe voor ontwikkeling vinden. Nieuwe materialen kunnen een oplossing zijn en onderzoek naar grafeen laat positieve resultaten zien. Werken met grafeen-gerelateerd onderzoek gaat over het betreden van nieuwe wegen die veel moeilijke uitdagingen met zich meebrengen, maar uiteindelijk kan ons werk een revolutie teweegbrengen in de toekomst van communicatie en dat maakt het zo spannend, " zegt Andrei Vorobiev, senior onderzoeker aan de Chalmers University of Technology.