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石墨烯与太赫兹光波可能领导未来通讯
发布时间:2017-09-04 19:44:41 阅读:325

来源:phys.org;中国太赫兹研发网 余郑璟博士 编译

石墨烯研究夏季研讨班上,研究人员与博士生讨论太赫兹光谱电子学中石墨烯的潜在用途。
图片来源:瑞典昂利卡伯恩霍弗/查尔摩斯工学院
(Angelika Bernhofer/Chalmers University of Technology)

    太赫兹光波应用于电子学领域,在未来的数据传输方面将有巨大的飞跃。目前,太赫兹频率还并非数据传输的上上之选,但是随着石墨烯的使用,瑞典查尔摩斯工学院的研究人员又为推动电子工业范式的转换迈出了更近的一步。

    来自全世界六十余名年轻研究员汇集瑞典的哥德堡城,共同参与本周由石墨烯旗舰项目主办的石墨烯研究夏季研讨班,大家就这一话题进行了更加深入的讨论。

    石墨烯旗舰项目是欧洲最大的一项研究计划,其合作院校就包括瑞典查尔摩斯工学院等等。 2017年6月25至30日,查尔摩斯工学院主办了石墨烯研究夏季研讨班,重点讨论对二维材料的电子应用。由于二维材料的特殊电子、光学、机械和热能特性,使其较之于硅在电子学领域是一种更加理想的选择。查尔摩斯工学院微技术与纳米科学系的研究人员Andrei Vorobiev就对此做了详细的说明。作为本次石墨烯研究夏季研讨班众多重要专家之一,Andrei Vorobiev详细的解释了为什么在太赫兹范围内石墨烯是提高设备操作的不二之选。

    “石墨烯的特性之一就是它的电子运动比现今所使用的任何半导体都要快。正因为如此,我们才可以接触到构成太赫兹范围的高频率(比千兆赫高出100-1000倍)。此时,数据通讯完全有可能比现在要快十倍,而且可以传输的数据可能比现在要大得多。”查尔摩斯工学院的资深研究员Andrei Vorobiev补充说到。

    查尔摩斯工学院的研究人员首次展示了基于石墨烯材料的晶体管元件,可以接受和转换太赫兹光波,其波长位于微波和红外波之间。他们的研究成果已发表在IEEE 科学杂志《微波理论与技术》上(IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques)。他们所研发的一种基于CVD石墨烯晶体管的集成芯片就可以用于高速无线通讯连接。

    另一个例子则是功率检波器,它充分利用了石墨烯材料的独有弹性与高载波速度,基于石墨烯晶体管,并集成于高分子基底。类似有趣的应用设计还包括在健康保健领域的太赫兹传感器,用于高分辨干涉测量成像的弹性太赫兹探测器阵列,它们都可以广泛应用于生物医药和安全成像、远程控制、材料检测和性能分析以及包装检查等。

    “分析显示弹性太赫兹探测器阵列是石墨烯在太赫兹应用中颇具潜力的领域。其中一个例子就是机场的安检扫描。因为基于石墨烯材料的太赫兹探测器可以弯曲,所以你可以得到分辨率更高的成像,较之于平面探测器,可以获得更多的信息。”Andrei Vorobiev解释到。

    尽管在研发上取得进步,但产品的最终面世还有很长的路要走。目前,Andrei Vorobiev和他的同事们正在研究如何替换固定石墨烯材料的芯片,因为硅会限制石墨烯的性能,而选用其他二维材料则可能进一步强化其效果。Vorobiev希望他可以启发学生参加石墨烯研究以实现科技新突破。

    “在过去的50年,所有的电子学发展都遵循摩尔定律,年复一年,越来越强大的功能都会被集成于越来越小的表面。现在就电子集成电路来说,小得已经似乎到达了我们的物理极限,所以我们需要寻求新的发展之路。新材料可能是解决方案,对于石墨烯材料研究就已经证实了这一点。与石墨烯相关的研究就是一种拓新之旅,势必带来困难与挑战,但我们相信,最终我们的工作可以给未来的通讯带来革命性的改变,这也是为什么这项工作如此振奋人心。”查尔摩斯工学院资深研究员Andrei Vorobiev兴致勃勃的表示。

 
 

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