Onderzoekers binnen het Graphene Flagship-project, een van de grootste onderzoeksinitiatieven van de Europese Commissie, toonde aan dat geïntegreerde, op grafeen gebaseerde fotonische apparaten een unieke oplossing bieden voor de volgende generatie optische communicatie. Onderzoekers in het initiatief hebben aangetoond hoe de eigenschappen van grafeen communicatie met ultrabrede bandbreedte mogelijk maken in combinatie met een laag stroomverbruik om de manier waarop gegevens worden verzonden via de optische communicatiesystemen radicaal te veranderen. Dit zou grafeen-geïntegreerde apparaten het belangrijkste ingrediënt kunnen maken in de evolutie van 5G, het internet der dingen (IoT), en Industrie 4.0. De bevindingen zijn gepubliceerd in Materialen voor natuurrecensies en gemarkeerd op de omslag.

"Terwijl conventionele halfgeleidertechnologieën hun fysieke beperkingen naderen, moeten we volledig nieuwe technologieën verkennen om onze meest ambitieuze visies van een toekomstige genetwerkte mondiale samenleving te realiseren, " legt Wolfgang Templ uit, Afdelingshoofd Transceiver Research bij Nokia Bell Labs in Duitsland, dat is een Graphene Flagship-partner. "Grafeen belooft een belangrijke stap in de prestaties van belangrijke componenten voor optische en radiocommunicatie die de prestatielimieten van de huidige conventionele op halfgeleiders gebaseerde componenttechnologieën overschrijden." Paola Galli, Nokia IP en optische netwerken Lid van de technische staf, is het ermee eens:"Grafeenfotonica biedt een combinatie van voordelen om de gamechanger te worden. We moeten nieuwe materialen verkennen om de grenzen van de huidige technologieën te overstijgen en te voldoen aan de capaciteitsbehoeften van toekomstige netwerken."

Het Graphene Flagship presenteert een visie voor de toekomst van op grafeen gebaseerde geïntegreerde fotonica, en biedt strategieën voor het verbeteren van het stroomverbruik, maakbaarheid en integratie op waferschaal. Met deze nieuwe publicatie de Graphene Flagship-partners bieden ook een routekaart voor op grafeen gebaseerde fotonica-apparaten die de technologische vereisten voor de evolutie van datacom- en telecommarkten, aangedreven door 5G, overtreffen, ivd, en de Industrie 4.0. "Grafeen geïntegreerd in een fotonisch circuit is goedkoop, schaalbare technologie die glasvezelverbindingen met zeer hoge datasnelheden kan bedienen, " zei Marco Romagnoli, van Graphene Flagship-partner CNIT, het Nationaal Interuniversitair Consortium voor Telecommunicatie in Italië.

Antonio D'Errico van Graphene Flagship-partner Ericsson Research legt uit hoe "grafeen voor fotonica het potentieel heeft om het perspectief van informatie- en communicatietechnologie op een ontwrichtende manier te veranderen. Dit artikel gepubliceerd in Materialen voor natuurrecensies legt uit hoe u nieuwe optische netwerken met veel functies kunt inschakelen. Ik ben blij te kunnen zeggen dat deze fundamentele informatie nu beschikbaar is voor iedereen die geïnteresseerd is over de hele wereld."

Dit industriële en academische partnerschap, bestaande uit bedrijven en onderzoekscentra in vijf verschillende Europese landen, heeft een overtuigende visie ontwikkeld voor de toekomst van grafeen-fotonische integratie. Het team omvat onderzoekers van CNIT, Ericsson, IMEC, Nokia, Nokia Bell Labs, AMO, ICFO en de Universiteit van Cambridge. Deze samenwerkingen vormen de kern van het Graphene Flagship, opgericht door de Europese Commissie om de commercialisering van grafeen en aanverwante materialen tot 2023 te ondersteunen. "Het Graphene Flagship is een uniek ecosysteem waarin industriële en academische partners voor een langere periode samenwerken dan een normaal EU-project. Deze synergie over een duurzame termijn levert ongekende resultaten op, zowel op het gebied van wetenschap als innovatie, ", zegt Romagnoli.

"Samenwerking tussen de industrie en de academische wereld is de sleutel voor verkennend werk naar geheel nieuwe componenttechnologie. Onderzoek in deze fase brengt aanzienlijke risico's met zich mee, daarom is het belangrijk dat academisch onderzoek en industriële onderzoekslaboratoria zich bij de knapste koppen voegen om de fundamentele problemen op te lossen. De industrie kan perspectief geven op de relevante onderzoeksvragen voor potentieel in toekomstige systemen, ", voegt Templ van Nokia Bell Labs toe. "Dankzij een wederzijdse uitwisseling van informatie kunnen we de technologie rijpen en rekening houden met alle vereisten voor een toekomstige industrialisatie en massaproductie van op grafeen gebaseerde componenten."

"Deze zaak is een voorbeeld van de kracht van grafeentechnologieën om geavanceerde toepassingen in telecommunicatie te transformeren. We beginnen al de vruchten te zien van de Graphene Flagship-investeringen wanneer we overstappen van materiaalontwikkeling naar componenten en integratie op systeemniveau, " legt Kari Hjelt uit, Head of Innovation voor het Graphene Flagship.

Grafeen-fotonica biedt voordelen in zowel prestaties als productie ten opzichte van de stand van de techniek. Grafeen kan zorgen voor modulatie, detectie- en schakelprestaties die voldoen aan alle vereisten voor de volgende evolutie in de productie van fotonische apparaten. "We streven naar sterk geïntegreerde optische transceivers die ultrahoge bitsnelheden mogelijk maken van meer dan één terabit per seconde per optisch kanaal. Deze gerichte systemen zullen zich onderscheiden van hun op halfgeleiders gebaseerde voorlopers door een aanzienlijk lagere complexiteit, energiedissipatie en vormfactor gaan samen met een hogere flexibiliteit en afstembaarheid, " legt Templ uit.

Daniel Neumaier van Graphene Flagship-partner AMO GmbH, tevens leider van de Graphene Flagship Division on Electronics and Photonics Integration, voegt toe:"Optische communicatieverbindingen zullen in 5G steeds belangrijker worden voor het ondersteunen van de vereiste hoge gegevenssnelheden op alle knooppunten. Op grafeen gebaseerde optische componenten die zijn geïntegreerd op een siliciumplatform zullen zowel hogere prestaties als een goedkoop productieproces kunnen leveren , zullen dus naar verwachting belangrijke componenten worden in het 5G-tijdperk."

"Dit artikel maakt duidelijk waarom een ​​geïntegreerde benadering van op grafeen en silicium gebaseerde fotonica kan voldoen aan de voorzienbare eisen van de steeds toenemende datasnelheden in toekomstige telecomsystemen, en deze zelfs overtreffen. " zegt Andrea C. Ferrari, hoogleraar aan de Universiteit van Cambridge, Science and Technology Officer van het Graphene Flagship en voorzitter van het managementpanel. "De komst van het internet der dingen en het 5G-tijdperk bieden unieke kansen voor grafeen om zijn ultieme potentieel te demonstreren, " concludeert hij.

Het Graphene Flagship is een van de grootste onderzoeksinitiatieven van de Europese Unie. Met een budget van € 1 miljard, het vertegenwoordigt een nieuwe vorm van gewricht, gecoördineerd onderzoeksinitiatief op een ongekende schaal. Het algemene doel van het Graphene Flagship is om grafeen en aanverwante materialen uit het rijk van academische laboratoria naar de Europese samenleving te brengen, het faciliteren van economische groei en het creëren van nieuwe banen, in een tijdsbestek van tien jaar. Via een consortium dat bijna 150 partners verenigt, zowel academische als industriële, de onderzoeksinspanning dekt de hele waardeketen, van materiaalproductie tot componenten en systeemintegratie, en richt zich op verschillende specifieke doelen die gebruikmaken van de unieke eigenschappen van grafeen en aanverwante materialen.