Per la comunicazione senza fili, siamo tutti bloccati sulla stessa autostrada intasata dal traffico:è una sezione dello spettro elettromagnetico nota come onde radio.

I progressi hanno reso l'autostrada più efficiente, ma i problemi di larghezza di banda persistono man mano che i dispositivi wireless proliferano e la domanda di dati cresce. La soluzione potrebbe essere un vicino, area per lo più non sfruttata dello spettro elettromagnetico nota come banda terahertz.

"Per la comunicazione senza fili, la banda terahertz è come una corsia preferenziale. Ma c'è un problema:non ci sono rampe d'ingresso, "dice Josep Jornet, dottorato di ricerca, professore assistente presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica dell'Università della Buffalo School of Engineering and Applied Sciences.

Jornet è il principale investigatore di un triennio, $ 624, 497 sovvenzione dell'Ufficio per la ricerca scientifica dell'aeronautica statunitense per aiutare a sviluppare una rete di comunicazione wireless nella banda terahertz. Gli investigatori co-principali sono Jonathan Bird, dottorato di ricerca, professore di ingegneria elettrica, ed Erik Einarsson, dottorato di ricerca, professore assistente di ingegneria elettrica, entrambi in UB.

Il loro lavoro è incentrato sullo sviluppo di radio estremamente piccole, realizzate in grafene e materiali semiconduttori, che consentono di comunicazione ad alta velocità.

La tecnologia potrebbe in definitiva ridurre il tempo necessario per completare compiti complessi, come la migrazione dei file da un computer a un altro, dalle ore ai secondi. Altre potenziali applicazioni includono nanosensori corporei impiantabili che monitorano persone malate o a rischio, e nanosensori posizionati su ponti di invecchiamento, in corsi d'acqua inquinati e altri luoghi pubblici per fornire streaming ad altissima definizione.

Questi sono esempi della cosiddetta Internet of Nano-Things, un gioco sul più comune Internet of Things, in cui gli oggetti di uso quotidiano sono collegati al cloud tramite sensori, microprocessori e altre tecnologie.

"Saremo in grado di creare in modo estremamente accurato, mappe dettagliate e tempestive di ciò che accade all'interno di un dato sistema. La tecnologia ha applicazioni in ambito sanitario, agricoltura, efficienza energetica, in pratica tutto ciò su cui si desiderano più dati, "dice Jornet.

Il potenziale non sfruttato delle onde Terahertz

Stretto tra onde radio (parte dello spettro elettromagnetico che include la radio AM, radar e smartphone) e onde luminose (telecomandi, cavi in ​​fibra ottica e altro), lo spettro terahertz è usato raramente per confronto.

Le radio a base di grafene potrebbero aiutare a superare un problema con le onde terahertz:non mantengono la loro densità di potenza su lunghe distanze. È un'idea che Jornet ha iniziato a studiare nel 2009 come studente laureato alla Georgia Tech sotto Ian Akyildiz, dottorato di ricerca, Ken Byers Professore cattedra di telecomunicazioni.

Il grafene è un foglio di carbonio bidimensionale che, oltre ad essere incredibilmente forte, sottile e leggero, ha proprietà elettroniche allettanti. Per esempio, gli elettroni si muovono da 50 a 500 volte più velocemente nel grafene rispetto al silicio.

Negli studi precedenti, i ricercatori hanno dimostrato che le minuscole antenne di grafene sono larghe 10-100 nanometri e lunghe un micrometro, combinato con materiali semiconduttori come l'arseniuro di indio e gallio, può trasmettere e ricevere onde terahertz a velocità wireless superiori a un terabit al secondo.

Ma per rendere praticabili queste radio al di fuori del laboratorio, le antenne necessitano di altri componenti elettronici, come generatori e rilevatori che lavorano nello stesso ambiente. Questo è il lavoro su cui si stanno concentrando Jornet e i suoi colleghi.

Jornet afferma che migliaia, forse milioni, di queste radio disposte che lavorano insieme potrebbero consentire alle onde terahertz di percorrere distanze maggiori. I nanosensori potrebbero essere incorporati in oggetti fisici, come muri e segnali stradali, così come chip e altri componenti elettronici, per creare un Internet di nano-cose.

"Le possibilità sono infinite, "dice Jornet.

Jornet è un membro dei Segnali, Gruppo di ricerca sulle comunicazioni e le reti presso il dipartimento di ingegneria elettrica di UB, mentre Bird ed Einarsson lavorano nel gruppo di ricerca Solid State Electronics del dipartimento.

Il lavoro sopra descritto è un esempio della strategia del dipartimento di assumere membri di facoltà con competenze complementari che guidano la convergenza delle aree di ricerca di base mentre sviluppano nuove tecnologie e istruiscono gli studenti.