Ricercatori nell'ambito del progetto Graphene Flagship, una delle più grandi iniziative di ricerca della Commissione Europea, hanno dimostrato che i dispositivi fotonici integrati basati sul grafene offrono una soluzione unica per la prossima generazione di comunicazioni ottiche. I ricercatori dell'iniziativa hanno dimostrato come le proprietà del grafene consentono comunicazioni a larghezza di banda ultralarga abbinate a un basso consumo energetico per cambiare radicalmente il modo in cui i dati vengono trasmessi attraverso i sistemi di comunicazione ottica. Ciò potrebbe rendere i dispositivi integrati con grafene l'ingrediente chiave nell'evoluzione del 5G, l'Internet delle cose (IoT), e Industria 4.0. I risultati sono stati pubblicati in Materiali per recensioni sulla natura ed evidenziato in copertina.

"Poiché le tecnologie dei semiconduttori convenzionali si stanno avvicinando ai loro limiti fisici, dobbiamo esplorare tecnologie completamente nuove per realizzare le nostre visioni più ambiziose di una futura società globale in rete, " spiega Wolfgang Templ, Capo del dipartimento di ricerca sui ricetrasmettitori presso i Nokia Bell Labs in Germania, che è un partner Flagship Graphene. "Il grafene promette un significativo passo avanti nelle prestazioni dei componenti chiave per le comunicazioni ottiche e radio oltre i limiti prestazionali delle odierne tecnologie convenzionali basate sui componenti a semiconduttore". Paola Galli, Nokia IP e reti ottiche Membro dello staff tecnico, concorda:"La fotonica del grafene offre una combinazione di vantaggi per diventare il punto di svolta. Abbiamo bisogno di esplorare nuovi materiali per andare oltre i limiti delle tecnologie attuali e soddisfare le esigenze di capacità delle reti future".

Il Graphene Flagship presenta una visione per il futuro della fotonica integrata a base di grafene, e fornisce strategie per migliorare il consumo di energia, producibilità e integrazione su scala wafer. Con questa nuova pubblicazione, i partner di Graphene Flagship forniscono anche una tabella di marcia per dispositivi fotonici basati su grafene che superano i requisiti tecnologici per l'evoluzione dei mercati delle telecomunicazioni e delle telecomunicazioni guidati dal 5G, IoT, e Industria 4.0. "Il grafene integrato in un circuito fotonico è a basso costo, tecnologia scalabile in grado di gestire collegamenti in fibra a velocità di trasmissione dati molto elevate, " ha detto Marco Romagnoli, dal partner Flagship Graphene CNIT, il Consorzio Interuniversitario Nazionale per le Telecomunicazioni in Italia.

Antonio D'Errico di Ericsson Research, partner di Graphene Flagship, spiega come "il grafene per la fotonica ha il potenziale per cambiare la prospettiva della tecnologia dell'informazione e della comunicazione in modo dirompente. Questo articolo pubblicato su Materiali per recensioni sulla natura spiega come abilitare nuove reti ottiche ricche di funzionalità. Sono lieto di dire che queste informazioni fondamentali sono ora disponibili per chiunque sia interessato in tutto il mondo".

Questa partnership industriale e accademica, composto da aziende e centri di ricerca in cinque diversi paesi europei, ha sviluppato una visione avvincente per il futuro dell'integrazione fotonica del grafene. Il team coinvolge ricercatori del CNIT, Ericsson, IMEC, Nokia, Nokia Bell Labs, amo, ICFO e l'Università di Cambridge. Queste collaborazioni sono al centro del Flagship Graphene, istituito dalla Commissione Europea per supportare la commercializzazione del grafene e dei relativi materiali fino al 2023. "Il Graphene Flagship è un ecosistema unico in cui partner industriali e accademici lavorano insieme per un periodo più lungo di un normale progetto UE. Questa sinergia per un periodo duraturo produce risultati senza precedenti sia nella scienza che nell'innovazione, " commenta Romagnoli.

"La collaborazione tra industria e mondo accademico è fondamentale per il lavoro esplorativo verso una tecnologia dei componenti completamente nuova. La ricerca in questa fase comporta rischi significativi, quindi è importante che i laboratori di ricerca accademica e di ricerca industriale si uniscano alle menti più brillanti per risolvere i problemi fondamentali. L'industria può fornire una prospettiva sulle questioni di ricerca rilevanti per il potenziale nei sistemi futuri, " aggiunge Templ dei Nokia Bell Labs. "Grazie ad uno scambio reciproco di informazioni possiamo poi maturare la tecnologia e considerare tutti i requisiti per una futura industrializzazione e produzione di massa di componenti a base di grafene".

"Questo caso esemplifica la potenza delle tecnologie del grafene per trasformare le applicazioni all'avanguardia nelle telecomunicazioni. Iniziamo già a vedere i frutti degli investimenti Graphene Flagship quando si passa dallo sviluppo dei materiali ai componenti e all'integrazione a livello di sistema, " spiega Kari Hjelt, Responsabile dell'innovazione per l'ammiraglia del grafene.

La fotonica del grafene offre vantaggi sia in termini di prestazioni che di produzione rispetto allo stato dell'arte. Il grafene può garantire la modulazione, prestazioni di rilevamento e commutazione che soddisfano tutti i requisiti per la prossima evoluzione nella produzione di dispositivi fotonici. "Miriamo a ricetrasmettitori ottici altamente integrati che consentiranno bitrate ultra-elevati ben oltre un terabit al secondo per canale ottico. Questi sistemi mirati si distingueranno dai loro predecessori basati su semiconduttori per una complessità sostanzialmente inferiore, dissipazione di energia e fattore di forma che vanno di pari passo con una maggiore flessibilità e sintonizzabilità, " spiega Templ.

Daniel Neumaier di Graphene Flagship partner AMO GmbH, anche leader della Divisione Flagship Graphene sull'integrazione di elettronica e fotonica, aggiunge:"I collegamenti di comunicazione ottici diventeranno sempre più importanti nel 5G per supportare le elevate velocità di trasmissione dei dati richieste in tutti i nodi. I componenti ottici a base di grafene integrati su una piattaforma di silicio saranno in grado di fornire prestazioni migliorate e un processo di produzione a basso costo , quindi dovrebbero diventare componenti chiave nell'era del 5G".

"Questo documento illustra chiaramente il motivo per cui un approccio integrato di grafene e fotonica a base di silicio può soddisfare e superare i requisiti prevedibili delle velocità di trasmissione dati sempre crescenti nei futuri sistemi di telecomunicazione, " dice Andrea C. Ferrari, professore all'Università di Cambridge, Responsabile scientifico e tecnologico dell'ammiraglia del grafene e presidente del suo gruppo di gestione. "L'avvento dell'Internet of Things e l'era del 5G rappresentano opportunità uniche per il grafene di dimostrare il suo massimo potenziale, " conclude.

Il Graphene Flagship è una delle più grandi iniziative di ricerca dell'Unione Europea. Con un budget di 1 miliardo di euro, rappresenta una nuova forma di articolazione, iniziativa di ricerca coordinata su una scala senza precedenti. L'obiettivo generale del Graphene Flagship è portare il grafene e i materiali correlati dal regno dei laboratori accademici nella società europea, favorire la crescita economica e creare nuovi posti di lavoro, nell'arco di dieci anni. Attraverso un consorzio che unisce quasi 150 partner, sia accademico che industriale, lo sforzo di ricerca copre l'intera catena del valore, dalla produzione dei materiali ai componenti e all'integrazione di sistemi, e mira a diversi obiettivi specifici che sfruttano le proprietà uniche del grafene e dei materiali correlati.