TUGRACO - Auf dem Weg zur allgegenwärtigen Graphen-basierten HF-Kommunikation

 

Die Nanotechnologie stellt zunehmend eine Vielzahl neuer Werkzeuge zur Verfügung, um miniaturisierte Geräte wie allgegenwärtige Sensoren, Wearable Electronics oder pervasive Computing-Systeme zu entwickeln und herzustellen. Solche Geräte benötigen drahtlose Kommunikation für den Informationsaustausch und die Koordination. Leider ist die Reduzierung der Größe und der damit verbundenen Kosten solcher Geräte durch die Abmessungen von Metallantennen stark eingeschränkt. Graphen bietet eine radikale Alternative zu Antennen, die um Größenordnungen verkleinert werden können. Dispersionsrelation und seine Fähigkeit, Oberflächen-Plasmonen-Polaritonen zu unterstützen. Tatsächlich ist eine Graphen-RF-Plasmonen-Mikroantenne mit lateralen Abmessungen von wenigen Mikrometern im Terahertz-Bereich von 0,3 bis 10THz bei einer Frequenz von bis zu zwei Größenordnungen niedriger und mit einer höheren Strahlungseffizienz im Vergleich zu metallischen Gegenstücken. Graphen-Mikroantennen bieten somit ein enormes Integrationspotenzial für zukünftige miniaturisierte drahtlose Systeme und stellen eine Basistechnologie für die zukünftig dominierenden IKT-Anwendungen dar, wie sie beispielsweise das Internet der Dinge vorsieht.

In diesem Projekt präsentieren wir eine experimentelle Prototyp-Demonstration, die den praktischen Betrieb einer Graphenna zeigt und bewertet. Hier werden fotoleitende Strahler basierend auf THz-Graphen werden mit Betriebsfrequenzen zwischen 0,2 und 3 THz demonstriert. Eine angestrebte Reduzierung der Antennenlänge um mindestens den Faktor 10 ist vorgesehen. Die Analyse beinhaltet die Skalierbarkeit des Konzepts in Richtung niedrigerer μ-Wellenfrequenzen. Darüber hinaus wird eine detaillierte quantitative Bewertung des Potenzials und der limitierenden Leistungsfaktoren von Graphennas unter realistischen, technologisch erreichbaren Parametern entwickelt. Schließlich wird ein grundlegendes Verständnis des mikroskopischen Ursprungs dieser Einschränkungen erreicht, um die Optimierung des Graphenmaterials im Rahmen dieser und anderer THz-Anwendungen zu steuern.

TUGRACO ist ein FLAG-ERA Projekt.

Partner

Universität Siegen, Lehrstuhl für Höchstfrequenztechnik und Qutantenelektronik, Deutschland

Unisitat Politècnica de Catalunya, Abteilung für Computerarchitektur, Spanien

Nationaler Forschungsrat, Gruppe für Theorie und Technologie von 2D Materialien, Italien