Как можно догадаться, основным ключевым моментом новых наноантенн является именно графен, который в отличие от традиционных металлов, меди или серебра, может работать в качестве антенны с гораздо меньшим количеством подводимой энергии. Этот эффект достигается за счет использования поверхностных электронных волн, возникающих на поверхности графена при определенных условиях.
“Мы используем в своих интересах специфические особенности распространения электронов в графене. Это позволяет нам создать очень маленькую антенну, которая может излучать радиоволны с намного более низкими частотами, нежели это могут классические металлические антенны сопоставимых габаритных размеров” – рассказывает Иэн Акиилдиз (Ian Akyildiz), профессор из Технологического института Джорджии, – “Мы полагаем все это только началом разработки нового принципа организации беспроводных сетей на базе принципиально новых коммуникационных парадигм”.
“Специфические особенности распространения”, о которых упоминает профессор Акиилдиз, возникают, когда электроны графена возбуждаются поступающей извне электромагнитной волной. В этом случае электроны начинают двигаться взад и вперед, создавая колебания электрического поля, которые, в свою очередь, становятся источником электромагнитной волны, распространяющейся исключительно по поверхности графена.
Это явление известно как поверхностная плазмонно-поляритонная волна (surface plasmon polariton, SPP), а ее использование позволит графеновым наноантеннам работать в нижней области терагерцового диапазона, между 0.1 и 10 терагерцами. Науке известны и металлы, такие как золото, на поверхности которых также могут возникать SPP-волны, но в случае металлов, все это происходит на гораздо более высоких частотах.
Данная работа очень хорошо стыкуется с работой профессора Жонга Лин Ван (Zhong Lin Wang), который, используя пьезоэлектрические свойства нанопроводников из окиси цинка, создал наногенераторы, способные вырабатывать энергию и производить электромагнитные волны в широком диапазоне, включая и диапазон, в котором графеновые наноантенны имеют максимальную эффективность. Такие наногенераторы в комбинации с графеновыми наноантеннами, являются законченным передающим устройством, которое требует совсем небольшого количества энергии, получаемой от энергии движения нано- или микромеханизма.
“Благодаря новой графеновой наноантенне мы имеем возможность понизить на два порядка частоту работы радиопередающих устройств и сократить количество требующейся для работы устройства энергии на четыре порядка” – рассказывает Джозеп Джорнет (Josep Jornet), один из ученых, принимавших участие в данных исследованиях, – “Используя графеновую наноантенну и методы получения энергии доктора Вана, мы имеем практически законченное устройство, способное обеспечить беспроводную связь в пределах сетей, объединяющих различные наномеханизмы и другие устройства”.
Пока исследователи мечтают об организации связи между наномашинами, использование графеновых наноантенн в сетях макромасштаба выглядит намного более привлекательно. Терагерцовый диапазон, в котором эффективно работают графеновые наноантенны, может обеспечить передачу данных в беспроводных сетях со скоростью, на два порядка превышающей скорости существующих беспроводных технологий.