Los investigadores de PFL han producido un sintonizable, Dispositivo basado en grafeno que podría aumentar significativamente la velocidad y la eficiencia de los sistemas de comunicación inalámbrica. Su sistema funciona a frecuencias muy altas, entregando resultados sin precedentes.

Las comunicaciones inalámbricas vienen en muchas formas, como teléfonos móviles que usan conectividad 4G o 5G, Dispositivos GPS, y computadoras conectadas a través de Bluetooth a sensores portátiles, y operan en diferentes bandas de frecuencia. Para trabajar en múltiples plataformas, Los objetos conectados tienen que ser compatibles con una amplia gama de frecuencias sin verse agobiados por un hardware excesivo.

Más portátil, Los sistemas inalámbricos actualmente vienen equipados con circuitos reconfigurables que pueden ajustar la antena para transmitir y recibir datos en las distintas bandas de frecuencia. El único problema es que las tecnologías actualmente disponibles como MEMS y MOS, usando silicona o metal, no funcionan bien a altas frecuencias. Y ahí es donde los datos pueden viajar mucho más rápido.

Los investigadores de EPFL han ideado una solución sintonizable basada en grafeno que permite que los circuitos funcionen a frecuencias bajas y altas con una eficiencia sin precedentes. Su trabajo ha sido publicado en Nanoletras .

La nueva solución basada en grafeno, que fue desarrollado en el Laboratorio de Dispositivos Nanoelectrónicos, está diseñado para reemplazar condensadores sintonizables, que se puede encontrar en todos los dispositivos inalámbricos. El nuevo dispositivo "sintoniza" los circuitos a diferentes frecuencias para que puedan operar en una amplia gama de bandas de frecuencia. También satisface otras necesidades que ni los condensadores MEMS ni MOS pueden:buen rendimiento a alta frecuencia, miniaturización y la capacidad de sintonizar con poca energía.

Los investigadores de EPFL superaron estos obstáculos con un condensador basado en grafeno que es compatible con los circuitos tradicionales. El dispositivo consume muy poca energía y, por encima de 2,1 GHz, supera fácilmente a sus competidores y tiene un diseño miniaturizado. "El área de superficie de un sistema MEMS convencional tendría que ser mil veces mayor para obtener el valor de capacitancia, "dijo Clara Moldovan.

¿Como funciona?

El avance de los investigadores se basa en una estructura de sándwich inteligente que tiene en cuenta las características únicas del grafeno. "Cuando se descubrió el grafeno hace más de 10 años, causó un verdadero revuelo, ", dijo Moldavan." Se consideró un material milagroso:es un muy buen conductor eléctrico y térmico y es flexible, ligero, transparente y resistente. Pero los investigadores descubrieron que era difícil de integrar en sistemas electrónicos porque su espesor atómico le confiere una alta resistencia efectiva ".

La estructura en forma de sándwich aprovecha el hecho de que un gas bidimensional de electrones en un pozo cuántico puede comportarse como una capacitancia cuántica. Esto se debe a que sigue el principio de exclusión de Pauli, según el cual se necesita una cierta cantidad de energía para llenar un pozo cuántico con electrones. La capacitancia cuántica se puede medir fácilmente en una capa de grafeno de un solo átomo, y la ventaja clave es que se puede sintonizar variando la densidad de carga en el grafeno con un voltaje muy bajo.

"Es mediante la aplicación de voltaje que podemos 'sintonizar' nuestros condensadores a una frecuencia determinada, al igual que sintonizar una radio para obtener diferentes estaciones, "dijo Moldavo, el autor principal del artículo.

Muchas ventajas

El dispositivo de los investigadores de EPFL, que tiene solo varios cientos de micrómetros (alrededor de 0.05 cm) de largo y ancho, puede ser rígido o flexible, se miniaturiza fácilmente, y consume muy poca energía. Las aplicaciones potenciales son numerosas. Además de mejorar el flujo de datos entre dispositivos conectados, podría prolongar la vida útil de la batería y dar lugar a dispositivos cada vez más compactos. En su estado flexible, Se puede utilizar fácilmente en sensores colocados en la ropa o directamente en el cuerpo humano. "Nuestros resultados confirman que el grafeno realmente podría revolucionar el futuro de las comunicaciones inalámbricas, ", dijo Moldavo.

La tecnología final será un híbrido en el que el grafeno se combinará con tecnologías avanzadas de silicio. "Algunos han afirmado que el grafeno algún día reemplazará la tecnología de silicio, "dijo Adrian Ionescu, el jefe del Nanolab. "Pero en la realidad, el grafeno es más eficaz en el ámbito de la electrónica cuando se combina con bloques funcionales de silicio ".