Utilizzando onde terahertz in elettronica, il traffico dati futuro può ottenere un grande impulso in avanti. Finora, la frequenza terahertz (THz) non è stata applicata in modo ottimale alla trasmissione dei dati, ma usando il grafene, i ricercatori della Chalmers University of Technology si sono avvicinati di un passo a un possibile cambiamento di paradigma per l'industria elettronica.

Oltre 60 giovani ricercatori provenienti da tutto il mondo impareranno di più su questo e altri argomenti mentre si radunano fuori Göteborg, Svezia, per partecipare alla scuola estiva Graphene Study di questa settimana, organizzato da Graphene Flagship.

È la più grande iniziativa di ricerca mai realizzata dall'UE, l'ammiraglia del grafene, coordinato da Chalmers, chi organizza la scuola questa settimana, 25-30 giugno 2017. Quest'anno si tiene in Svezia con focus sulle applicazioni elettroniche del materiale bidimensionale con le straordinarie ottico, proprietà meccaniche e termiche che lo rendono una scelta più efficiente del silicio nelle applicazioni elettroniche. Andrei Vorobiev è un ricercatore presso il Dipartimento di Micro Tecnologia e Nanoscienze di Chalmers nonché uno dei tanti esperti di spicco che tengono conferenze al Graphene Study e spiega perché il grafene è adatto allo sviluppo di dispositivi che operano nella gamma THz:

"Una delle particolarità del grafene è che gli elettroni si muovono molto più velocemente rispetto alla maggior parte dei semiconduttori utilizzati oggi. Grazie a questo possiamo accedere alle alte frequenze (100-1000 volte superiori ai gigahertz) che costituiscono la gamma dei terahertz. La comunicazione dei dati ha quindi il potenziale di diventare fino a dieci volte più veloce e può trasmettere quantità di dati molto maggiori di quanto sia attualmente possibile", dice Andrei Vorobiev, ricercatore senior presso la Chalmers University of Technology.

I ricercatori di Chalmers sono i primi ad aver dimostrato che i dispositivi a transistor basati sul grafene potrebbero ricevere e convertire onde terahertz, una lunghezza d'onda situata tra le microonde e la luce infrarossa, e i risultati sono stati pubblicati sulla rivista Transazioni IEEE su teoria e tecniche delle microonde . Un esempio di questi dispositivi è un mixer resistivo subarmonico a 200 GHz basato su un transistor al grafene CVD integrato su silicio che potrebbe essere utilizzato in collegamenti di comunicazione wireless ad alta velocità.

Un altro esempio, sfruttando la combinazione unica di flessibilità e alta velocità del vettore del grafene, è un rivelatore di potenza basato su un transistor al grafene integrato su substrati polimerici flessibili. Le applicazioni interessanti per un tale rilevatore di potenza includono sensori THz indossabili per l'assistenza sanitaria e array di rilevatori THz flessibili per l'imaging interferometrico ad alta risoluzione da utilizzare nell'imaging biomedico e di sicurezza, controllo di processo a distanza, ispezione dei materiali e profilatura e ispezione dell'imballaggio.

"L'analisi mostra che gli array di rilevatori di immagini flessibili sono un'area in cui le applicazioni THz del grafene hanno un potenziale di impatto molto elevato. Un esempio di dove questo potrebbe essere utilizzato è nella scansione di sicurezza negli aeroporti. Poiché lo scanner terahertz a base di grafene è flessibile," otterrai una risoluzione molto migliore e potrai recuperare più informazioni che se la superficie dello scanner è piatta, "dice Vorobiev.

Ma nonostante i progressi, molto lavoro rimane prima che i prodotti elettronici finali raggiungano il mercato. Andrei Vorobiev e i suoi colleghi stanno ora lavorando per sostituire la base di silicio su cui è montato il grafene, che limita le prestazioni del grafene, con altri materiali bidimensionali che, anzi, può aumentare ulteriormente l'effetto. E Vorobiev spera di poter ispirare gli studenti che partecipano a Graphene Study a raggiungere nuove scoperte scientifiche.

"Negli ultimi cinquant'anni, tutto lo sviluppo elettronico ha seguito la legge di Moore, che dice che ogni anno sempre più funzioni verranno applicate su superfici sempre più piccole. Ora sembra che abbiamo raggiunto il limite fisico di quanto piccoli possono diventare i circuiti elettronici e dobbiamo trovare un altro principio per lo sviluppo. Nuovi materiali possono essere una soluzione e la ricerca sul grafene sta mostrando risultati positivi. Lavorare con la ricerca relativa al grafene significa aprire nuovi orizzonti che comportano molte sfide difficili, ma alla fine il nostro lavoro può rivoluzionare il futuro della comunicazione ed è questo che lo rende così eccitante, "dice Andrei Vorobiev, ricercatore senior presso la Chalmers University of Technology.