Thursday, 20 Sep 2018

Il grafene potrebbe rendere l’elettronica del futuro molto più veloce

Un singolo strato di atomi di carbonio può la frequenza dei segnali da gigahertz a terahertz

illustrazione della frequenza del grafene

Nuovi esperimenti dimostrano che il grafene è particolarmente adatto a tradurre segnali in ingresso di una frequenza (illustrata in rosso) in segnali di frequenze più alte (giallo, verde e blu).

Il grafene ha appena aggiunto un altro punto alla sua fama di supermateriale.

Nuovi esperimenti presentati su Nature sembrano dimostrare che questa sostanza composta da un singolo strato di atomi di carbonio può trasformare i segnali elettronici trasmessi in gigahertz in segnali a frequenza più elevata, nell’ordine dei terahertz, in grado di trasportare fino a 1.000 volte più informazioni al secondo.

Le onde elettromagnetiche nella gamma di terahertz sono notoriamente difficili da creare e l’elettronica convenzionale basata sul silicio ha problemi a gestire questi segnali ad alta frequenza. Ora sembra che dispositivi basati sul grafene potrebbero riuscirci più facilmente. Dispositivi elettronici futuri basati sul grafene invece che sul silicio potrebbero funzionare molto più velocemente dei dispositivi attuali.

Il grafene riceve i segnali trasmessi in gigahertz in arrivo (nere) e li trasforma in onde nella gamma dei terahertz che hanno tre, cinque e sette volte la frequenza originale (rosso, verde e blu, rispettivamente).

Effetto del grafene sulla frequenza elettronica

HA HAFEZ ET AL / NATURE 2018

Il fisico Dmitry Turchinovich, dell’Università di Duisburg-Essen in Germania, e colleghi, hanno testato la capacità del grafene di amplificare i segnali nell’ordine dei terahertz iniettando un foglio di questo materiale denso di atomi con una irradiazione elettromagnetica a 300 gigahertz. Quando queste onde elettromagnetiche colpiscono il grafene, gli elettroni nel materiale si riscaldano e si raffreddano rapidamente, rilasciando onde elettromagnetiche con frequenze fino a sette volte più alte della radiazione in entrata.

Questo è una nuova sorprendente qualità del grafene“, ha commentato Orad Reshef, un fisico dell’Università di Ottawa non coinvolto nel lavoro.

Il grafene continua a riservare sorprese ai ricercatori per le sue straordinarie proprietà. Non è di molto tempo fa, ad esempio, la scoperta che un foglio in due dimensioni di questo materiale è in grado di condurre la corrente elettrica praticamente senza resistenza.

Il grafene ha convertito più di un millesimo, un decimillesimo e un centomillesimo del segnale originale di 300 gigahertz in onde a 0,9, 1,5 e 2,1 terahertz, rispettivamente. Questo tasso di conversione può sembrare piccolo, ma è straordinariamente alto per un solo strato di atomi.

Realizzare computer basati sul grafene sfruttando questa sua proprietà permetterebbe di avere macchine in grado di funzionare alla frequnza di terahertz. Certo, forse per un normale Personal Computer questo materiale sarebe eccessivo ma potrebbe essere usato in computer molto avanzati che necessitano di alte velocità di elaborazione.

Un’altra applicazione per cui potrebbe essere utilizzato un foglio di grafene potrebbe essere quella di realizzare nanotubi in grado di trasmettere informazioni ad altissima velocità.

Fonti e citazioni: Nature
H.A. Hafez et al. Extremely efficient terahertz high-harmonic generation in graphene by hot Dirac fermions. Nature. Published online September 10, 2018. doi:10.1038/s41586-018-0508-1.
 
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