ابداع یک فناوری جدید با گرافن برای افزایش سرعت ارتباطات دیجیتالی

[سمندون 19437]

محققان دانشگاه کالیفرنیا (UC) با استفاده از گرافن، فناوری جدیدی ابداع کرده‌اند که می‌تواند سرعت ارتباطات دیجیتالی را افزایش دهد.

به گزارش سرویس علم و فن آوری پایگاه اطلاع رسانی صبا به نقل از ایسنا، این گروه از محققان به ‌رهبری استاد ژیانگ ژانگ یک ابزار اپتیکی کوچک ساخته‌اند که از گرافن برای روشن و خاموش کردن نور استفاده می‌کند. کلیدزنی ویژگی بنیادی یک مدولاتور شبکه است که سرعت انتقال بسته‌های اطلاعاتی را کنترل می‌کند. هر چقدر سرعت ارسال پالس‌های اطلاعاتی بالاتر باشد، حجم اطلاعات قابل ارسال افزایش می‌یابد.

 

محققان می‌گویند این فناوری می‌تواند این امکان را برای کاربران فراهم کند که یک فیلم سه‌بعدی کامل با کیفیت بسیار بالا را در عرض چند ثانیه به یک تلفن همراه هوشمند منتقل کنند.

 

استاد ژانگ که مدیریت مرکز علوم و مهندسی نانومقیاس در دانشگاه کالیفرنیا را که متعلق به بنیاد ملی علوم (NSF) است، بر عهده دارد، می‌گوید: این کوچکترین مدولاتور اپتیکی دنیاست؛ مدولاتور قلب کنترل سرعت در انتقال داده‌ها به‌شمار می‌رود. گرافن امکان تولید مدولاتورهایی را فراهم می‌کند که فشرده‌تر بوده و نسبت به فناوری‌های موجود 10 برابر سریع‌تر هستند. این فناوری جدید توانایی ما در ارتباطات و محاسبات اپتیکی را بهبود می‌بخشد.

 

این پژوهشگران گرافن را به‌صورت الکتریکی به‌نحوی تنظیم کردند که طول موج‌های مورد استفاده در انتقال داده‌ها را جذب کند. این یک ویژگی جدید برای گرافن است که از سال 2004 به‌عنوان ماده شگفت‌انگیز شناخته می‌شود.

 

دکتر فنگ وانگ، استادیار فیزیک و مدیرگروه پژوهشی نانواپتیک اَبَرسریع در دانشگاه کالیفرنیا و همکار استاد ژانگ در این پروژه می‌گوید: این فناوری تأثیر بسیار گسترده‌ای خواهد داشت. به‌دلیل ویژگی‌های خاص گرافن همچون انعطاف‌پذیری و راحتی ادغام با مواد دیگر می‌توان از مدولاتورهای مبتنی بر این ماده علاوه بر ارتباطات سریع در کاربردهای غیرمعمول دیگر نیز بهره برد. از گرافن می‌توان در مدوله کردن محدوده‌های فرکانسی جدیدی همچون نور مادون قرمز میانی که به‌طور وسیعی در حسگری مولکولی به‌کار می‌رود، استفاده کرد.

 

اولین چیزی که نظر محققان دانشگاه برکلی را جذب کرد، رفتار فوتون‌ها و الکترون‌ها در گرافن بود. آنها دریافتند که متناسب با اختلاف پتانسیل اعمالی به این ماده می‌توان انرژی الکترون‌های آن را که به‌نام سطوح فِرمی نامیده می‌شوند، تغییر داد. سطوح فِرمی نیز به نوبه خود طول موج جذب شده توسط ماده را تعیین می‌کنند.

 

زمانی که اختلاف پتانسیل منفی با شدت کافی به گرافن اعمال می‌شود، الکترون‌ها از گرافن بیرون کشیده شده و دیگر نمی‌توانند فوتون‌ها را جذب کنند. بنابراین کلید نور «روشن» می‌شود، زیرا گرافن نمی‌تواند هیچ نوری را جذب کند و کاملاً شفاف می‌شود.

 

در اختلاف پتانسیل‌های مثبت خاصی نیز گرافن شفاف می‌شود، زیرا الکترون‌ها آنقدر به هم فشرده می‌شوند که دوباره قابلیت جذب فوتون‌ها را از دست می‌دهند.

 

این پژوهشگران یک نقطه میانی را یافتند که در آن الکترون‌های گرافن فوتون‌ها را جذب کرده و در نتیجه نور از گرافن عبور نمی‌کند و در این حالت کلید نور «خاموش» می‌شود.

 

جزییات این تحقیق در مجله Nature منتشر شده است.