Get Adobe Flash player

Grafen i światłowody

To prawdziwy technologiczny przełom: oparty na grafenie optyczny modulator, który jest mniejszy, szybszy i przesyła więcej danych, niż stosowane do tej pory urządzenia. O nowym zastosowaniu grafenu donosi dzisiejsza internetowa edycja „Nature”.

Grafen, jedna z form węgla pierwiastkowego, ma grubość jednego atomu. To najcieńszy i jednocześnie najmocniejszy znany nauce materiał krystaliczny. Jest przy tym elastyczny jak guma, a ciepło i elektryczność przewodzi znakomicie. Właśnie elektryczne właściwości tego materiału zwróciły uwagę inżynierów z University of California w Berkeley.

Nowy modulator, który przepuszcza lub blokuje przechodzący przezeń strumień światła, jest kluczowym elementem w optycznej transmisji danych. Im szybciej jest w stanie się „otwierać” i „zamykać”, tym transmisja szybsza. - Grafen pozwala nam konstruować modulatory, które nie tylko są niezwykle małe, ale też nawet dziesięć razy szybsze, niż dotąd – mówi szef projektu, prof. Xiang Zhang z University of California w Berkeley.

Przykładając do modulatura napięcie elektryczne, można łatwo zmienić tzw. potencjał chemiczny, czyli energię elektronów w grafenie, a z kolei potencjał chemiczny wpływa na przejrzystość tego materiału. Przy specyficznej wartości przyłożonego napięcia grafen staje się nieprzejrzysty i nie przepuszcza światła, natomiast odpowiednio duże napięcie dodatnie lub ujemne, czyni go przezroczystym: jeżeli elektrony w nim są zbyt ciasno upakowane lub przeciwnie, jest ich zbyt mało, nie są w stanie skutecznie zablokować strumienia fotonów.

Skonstruowany w laboratorium University of California w Berkeley grafenowy modulator był w stanie pracować z częstotliwością jednego gigaherca, czyli włączać i wyłączać strumień światła miliard razy na sekundę, jednak autorzy publikacji przewidują, że teoretycznie mógłby pracować pięćset razy szybciej.

Co najważniejsze, nowy modulator grafenowy jest bardzo mały: jego przekrój wynosi jedyne 25 mikronów kwadratowych, czterysta razy mniej niż grubość ludzkiego włosa. Przemysłowo produkowane modulatory mają przekroje rzędu nawet kilku milimetrów kwadratowych. - Światło ma dłuższą długość fali, niż elektrony, dlatego potrzebuje więcej miejsca: to jak różnica pomiędzy
zwrotnością motocykla i długiej limuzyny. Zmniejszając urządzenie optyczne, przy okazji uczyniliśmy je szybszym, gdyż jednoatomowa warstwa grafenu ma małą pojemność elektryczną – wyjaśnia prof. Zhang. Stworzenie mikroskopijnych modulatorów pozwala myśleć o ich integracji z chipami komputerowymi.

Mimo drobnych rozmiarów grafenowy przełącznik ma imponujące możliwości. Grafen potrafi absorbować fale z bardzo szerokiego zakresu: światło widzialne, podczerwień, nadfiolet – w sumie pasmo szerokie na tysiące nanometrów. Jak piszą autorzy publikacji, taki modulator jest w stanie przesyłać znacznie więcej informacji, niż najlepsze dziś stosowane urządzenia tej klasy, które operują na pasmach o szerokości rzędu 10 nm.

- Modulator oparty na grafenie nie tylko szybciej pracuje, ale jednocześnie pozwala w jednym impulsie przesłać więcej danych. Zamiast transmisji szerokopasmowej (ang. broadband), powinniśmy mówić o "ekstremalniepasmowej" (extremeband). To olbrzymi postęp zarówno w elektronice użytkowej, jak i w każdej dziedzinie, którą ogranicza szybkość przesyłu danych,
np. w bioinformatyce czy meteorologii. Wierzymy, że przemysłowe zastosowanie naszego modulatora będzie możliwe w ciągu najbliższych kilku lat – twierdzi Zhang2011_05_06_c

Maciej Bójko

CZYTAJ TAKŻE

Komentarze (2)
2sobota, 14, maj 2011 22:51
Tylko żeby ktoś nie "wykupił" od polaków tego patentu ... :)
1piątek, 13, maj 2011 10:41
Polscy naukowcy pierwsi na świecie odkryli metodę jego przemysłowej produkcji, czyli mamy szanse stać się potęg w jego produkcji.