De la radio à la télévision en passant par World-wide-web, les transmissions par télécommunications sont simplement des informations véhiculées par des ondes lumineuses et converties en signaux électriques.



Les fibres optiques à base de silicium sont actuellement les meilleures structures pour les transmissions à grande vitesse et longue length, mais le graphène – un matériau entièrement en carbone, extremely-mince et adaptable – pourrait améliorer encore additionally les performances.

des chercheurs de l’Université du Wisconsin-Madison ont fabriqué du graphène dans les plus petites buildings de ruban à ce jour en utilisant une méthode qui simplifie la mise à l’échelle. Lors de exams avec ces minuscules rubans, les scientifiques ont découvert qu’ils se rapprochaient des propriétés dont ils avaient besoin pour amener le graphène à devenir utile dans les équipements de télécommunications.



« Des recherches antérieures suggéraient que pour être feasible pour les systems de télécommunication, le graphène devrait être structuré de manière prohibitive sur de grandes surfaces, (ce qui est) un cauchemar de fabrication », déclare Joel Siegel, étudiant diplômé de l’UW-Madison dans le groupe du professeur de physique Victor Brar et co-auteur principal de l’étude. « Dans notre étude, nous avons créé une method de fabrication évolutive pour fabriquer les additionally petites structures de ruban de graphène à ce jour et avons constaté qu’avec de modestes réductions supplémentaires de la largeur du ruban, nous pouvons commencer à atteindre la portée des télécommunications.

Des nanorubans flexibles et faciles à mettre à l'échelle déplacent le graphène vers une utilisation dans des programs technologiques

Le graphène est considéré comme un matériau miracle pour des systems telles que les télécommunications ou les cellules solaires vehicle il est facile à utiliser, relativement peu coûteux et possède des propriétés physiques uniques telles que le fait d’être à la fois un isolant et un conducteur d’électricité.

S’il est modifié pour interagir avec une lumière à furthermore haute énergie, le graphène pourrait être utilisé pour moduler les signaux de télécommunications à des vitesses ultra-rapides. Par exemple, il pourrait être utilisé pour bloquer les fréquences de conversation indésirables.

Une façon d’améliorer les performances du graphène est de le découper en constructions de ruban microscopiques à l’échelle nanométrique, qui agissent comme de minuscules antennes qui interagissent avec la lumière. Moreover l’antenne est petite, as well as les énergies de lumière avec lesquelles elle interagit sont élevées. Il peut également être « réglé » pour interagir avec de multiples énergies lumineuses lorsqu’un champ électrique est appliqué, étendant davantage ses performances.

Les chercheurs, y compris des équipes dirigées par les professeurs de science et d’ingénierie des matériaux UW-Madison Michael Arnold et Padma Gopalan, ont d’abord voulu fabriquer un dispositif de rubans de graphène furthermore étroits que tout ce qui était encore fabriqué. En construisant des polymères en forme de ruban sur du graphène, puis en décapant une partie du matériau environnant, ils se sont retrouvés avec des rubans de graphène étirés avec précision et incroyablement minces.

« C’est très utile motor vehicle il n’y a pas de bonnes tactics de fabrication pour arriver à la taille de la caractéristique que nous avons faite, 12 nanomètres de large sur une grande surface », dit Siegel. « Et il n’y a aucune différence entre la création de motifs à l’échelle du centimètre avec laquelle nous travaillons ici et les gaufrettes géantes de 6 pouces utiles pour les purposes industrielles. Il est très facile de mettre à l’échelle. »

Une fois les appareils fabriqués, les chercheurs pourraient ensuite tester remark les rubans interagissaient avec la lumière et dans quelle mesure ils pouvaient contrôler cette interaction.

En collaboration avec le groupe du professeur de génie électrique et informatique UW-Madison Mikhail Kats, ils ont projeté différentes longueurs d’onde de lumière infrarouge dans les buildings et identifié la longueur d’onde où les rubans et la lumière interagissaient le plus fortement, connue sous le nom de longueur d’onde de résonance.

Ils ont constaté que lorsque la largeur du ruban diminue, la longueur d’onde de résonance de la lumière diminue également. Des longueurs d’onde in addition basses signifient des énergies as well as élevées, et leurs dispositifs interagissaient avec les énergies les additionally élevées mesurées à ce jour pour le graphène structuré.

Les chercheurs ont également pu régler les rubans en augmentant l’intensité du champ électrique appliqué aux constructions, réduisant ainsi davantage la longueur d’onde de résonance des structures. Les chercheurs ont déterminé qu’une framework avait la flexibilité attendue nécessaire pour les programs technologiques qu’elles visaient à réaliser.

Ils ont ensuite comparé leurs données expérimentales aux comportements prédits du graphène structuré sur trois largeurs de ruban différentes et trois intensités de champ électrique. Les rubans as well as larges que les chercheurs ont créés correspondaient étroitement aux comportements prédits.

Mais pour les rubans additionally étroits, ils ont vu un soi-disant blueshift, ou un passage à des énergies additionally élevées que prévu. Le blueshift peut s’expliquer par le fait que les électrons dans les petits rubans seraient additionally susceptibles d’interagir – et de se repousser – les uns avec les autres.

« Le blueshift que nous avons observé indique que les longueurs d’onde des télécommunications peuvent être atteintes avec des buildings beaucoup furthermore grandes que prévu auparavant – approximativement 8 à 10 nanomètres – ce qui n’est que légèrement as well as petit que les buildings de 12 nanomètres que nous avons fabriquées », explique Siegel.

L’objectif de huit à 10 nanomètres étant beaucoup as well as proche que prévu, les chercheurs tentent maintenant de peaufiner leurs méthodes de fabrication pour rendre les rubans encore as well as étroits. Ces nouvelles nanostructures de graphène permettront également d’explorer la physique fondamentale des interactions lumière-matière, recherche que Siegel et ses collègues poursuivent actuellement.

Ce travail a été soutenu par l’Agence des projets de recherche avancée de défense (YFA D18AP00043). SNM-IS (1727523), US Military Investigate Workplace (W911NF-12-1-0025 et W911NF-18-1-0149), US Office of Strength (DE-SC0016007) et Air Pressure Workplace of Research (FA9550-18 -1-0146).