グラフェンアンテナ

グラフェンアンテナは、無線通信を強化するために設計された、原子1個分の厚さの2次元炭素結晶であるグラフェンをベースにした高周波アンテナです。[ 1 ^{] [2] [3] [4]}グラフェンのユニークな構造により、これらの強化が可能になります。最終的に、このナノアンテナの基礎としてグラフェンが選択された理由は、電子の挙動によるものでした。

従来の金属アンテナを単純にナノサイズに縮小することは、動作に非常に高い周波数を必要とするため、実現不可能である。^{[5] [6] [7]}その結果、動作には大量の電力が必要になる。さらに、これらの従来の金属の電子はナノサイズではあまり動きにくく、必要な電磁波は形成されない。しかし、これらの制限はグラフェンの独自の機能では問題にならない。グラフェンの薄片には、一連の金属電極を保持できる可能性がある。その結果、この材料からアンテナを開発することが可能になる。^{[8] [9]}

グラフェンは、電子が最小限の抵抗で移動できるユニークな構造を持っています。これにより、現在のアンテナに使用されている金属よりもはるかに高速で電気を移動できます。さらに、電子が振動すると、グラフェン層の上に表面プラズモンポラリトン波と呼ばれる電磁波が生成されます。これにより、アンテナはテラヘルツ周波数の下限で動作できるようになり、現在の銅ベースのアンテナよりも効率的になります。最終的には、研究者はグラフェンが現在のアンテナの限界を打ち破ることができると考えています。^{[8] [9]}

このようなデバイスを使用すると、最大毎秒テラビットの速度を達成できると推定されています。^[10]従来のアンテナは、ナノスケールで動作するためには非常に高い周波数を必要とするため、実現不可能なオプションです。しかし、グラフェン内の電子の独特の低速運動により、より低い周波数で動作することができ、ナノサイズのアンテナの実現可能なオプションになります。^{[9] [11] [12]}

米国エネルギー省オークリッジ国立研究所（ORNL）の研究者らは、原子アンテナを作成するためのユニークな方法を発見した。2枚のグラフェンを直径約0.1ナノメートルのシリコンワイヤで接続することができる。これは、50ナノメートルまでしか小さくできない現在の金属ベースのワイヤの約100倍の小ささである。しかし、このシリコンワイヤはプラズモティックデバイスであり、このナノアンテナを動作させるために必要な表面プラズモンポラリトン波の形成を可能にする。^[12]

サムスンは、ジョージア工科大学とカタルーニャ工科大学の研究チームにグラフェンアンテナの研究費として12万ドルを助成した。研究チームはグラフェンがナノアンテナの材料として実現可能であることを示した。電子の挙動をシミュレーションし、表面プラズモンポラリトン波が形成されることを確認した。この波は、グラフェンアンテナがテラヘルツ範囲の低域で動作するために不可欠であり、従来のアンテナ設計よりも効率的である。研究者は現在、研究の実施と、アンテナの動作に必要な電磁波を伝播する方法の発見に取り組んでいる。研究結果は、IEEE Journal on Selected Areas in Communicationsに掲載された。^{[11] [13]}

マンチェスター大学と産業界のパートナーとの協力により、無線周波数識別用のグラフェンアンテナを製造する新しい方法が開発されました。^{[14]このアンテナは紙ベースで柔軟性があり、環境に優しいものです。彼らの研究結果はApplied Physics Letters [15]}に掲載され、Graphene Securityによって商品化されています。^[16]

• イアン・F・アキルディズ
• 金属絶縁体グラフェン（MIG）
• ナノエレクトロニクス
• ナノワイヤー
• 光レクテナ

• タルボット、デビッド (2013 年 3 月 5 日)。「グラフェン アンテナによりテラビットのワイヤレス ダウンロードが可能に」。MITテクノロジー レビュー。