Το θαυματουργό γραφένιο, φέρνει την επανάσταση στις επικοινωνίες

Ερευνητές της αμερικανικής ΙΒΜ πέτυχαν για πρώτη φορά να μεταδώσουν με απόλυτη επιτυχία ένα σύντομο ραδιο-σήμα (τα τρία γράμματα του ονόματος της εταιρίας τους) σε ένα πρωτοποριακό τσιπ-δέκτη, που περιείχε τρανζίστορ κατασκευασμένα από το νέο «θαυματουργό» υλικό, το γραφένιο. Το επίτευγμα, αν και σε αρχικό ακόμα στάδιο, ανοίγει το δρόμο για μια μελλοντική επανάσταση στις ασύρματες επικοινωνίες.

Το γραφένιο, ένα από τα λεπτότερα ηλεκτρονικά νανο-υλικά, θεωρείται πολλά υποσχόμενο σε μια ευρεία γκάμα πρακτικών εφαρμογών, από τις εύκαμπτες οθόνες ως τα ταχύτατα ολοκληρωμένα κυκλώματα. Μέχρι τώρα όμως, τα ασύρματα κυκλώματα, σαν αυτά που περιέχονται στις συσκευές Bluetooth και Wi-Fi, δεν ήταν δυνατό να κατασκευαστούν με τρανζίστορ από γραφένιο, διότι είναι τεχνικά δύσκολο -επειδή το γραφένιο παθαίνει ζημιές εύκολα - να συνδυαστούν στο ίδιο «τσιπάκι» τα ευαίσθητα τρανζίστορ γραφενίου με τα άλλα αναγκαία μεταλλικά εξαρτήματα ενός κυκλώματος, όπως οι αντιστάσεις και τα πηνία.

Αυτή η δυσκολία όμως πλέον ξεπεράστηκε με μια απλή αντιστροφή της συνήθους παραγωγικής διαδικασίας, δηλαδή πρώτα να τοποθετηθούν στο τσιπ τα μεταλλικά στοιχεία και μετά τα τρανζίστορ. Έτσι, οι ερευνητές του Κέντρου Ερευνών Watson της ΙΒΜ στη Νέα Υόρκη, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στο περιοδικό «Nature Communications», σύμφωνα με το "New Scientist", ανακοίνωσαν ότι δημιούργησαν το πιο εξελιγμένο στον κόσμο και πλήρως λειτουργικό ολοκληρωμένο κύκλωμα (τσιπ) από γραφένιο, το οποίο έχει απόδοση 10.000 φορές καλύτερη από οποιαδήποτε άλλη σχετική προσπάθεια στο παρελθόν.

Τέτοια τσιπ μπορούν στο μέλλον να κάνουν πολύ πιο γρήγορες -αλλά και φθηνότερες- τις ασύρματες συσκευές (ταμπλέτες, έξυπνα κινητά κ.α.), προσδίδοντάς τους παράλληλα νέες δυνατότητες, οι οποίες δεν είναι δυνατές με τα σημερινά τσιπ πυριτίου. Οι ερευνητές επισημαίνουν τη δυνατότητα ομαλής ενσωμάτωσης των τσιπ γραφενίου στην υπάρχουσα ηλεκτρονική τεχνολογία που βασίζεται στο πυρίτιο, καθώς το τσιπ γραφενίου «πατάει» πάνω σε ένα συμβατικό δίσκο πυριτίου, συνεπώς οι υπάρχουσες γραμμές παραγωγής των βιομηχανιών που κατασκευάζουν τσιπ, δεν θα χρειαστεί να τροποποιηθούν σημαντικά.

Το γραφένιο, που ανακαλύφθηκε πριν από μια περίπου δεκαετία (και χάρισε ένα Νόμπελ στους δημιουργούς του), αποτελείται από επίπεδα φύλλα άνθρακα πάχους μόνο ενός ατόμου το καθένα, τοποθετημένα σε εξαγωνική διάταξη που θυμίζει κυψέλη. Το νέο υλικό διαθέτει ασυνήθιστες ηλεκτρικές, οπτικές, θερμικές και μηχανικές ιδιότητες, που το καθιστούν κατάλληλο για τις ασύρματες επικοινωνίες.

Το σήμα «Ι-Β-Μ» (ψηφιακό κείμενο τριών γραμμάτων) μεταδόθηκε στη ραδιοσυχνότητα των 4,3 GHz χωρίς καμία απώλεια ή παραμόρφωση. Το ολοκληρωμένο κύκλωμα αποτελείται από τρία τρανζίστορ γραφενίου, τέσσερα επαγωγικά πηνία, δύο πυκνωτές και δύο αντιστάσεις. Όλα αυτά τα συστατικά του «τσιπ» βρίσκονται σε μια έκταση 0,6 τετραγωνικών χιλιοστών. Επιπλέον, χάρη στην υψηλή αγωγιμότητα του γραφενίου ως υλικού, το νέο κύκλωμα χρησιμοποιεί λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια από τα συμβατικά ραδιο-τσιπ.

Η έρευνα της ΙΒΜ χρηματοδοτήθηκε από την πανταχού παρούσα Υπηρεσία Προωθημένων Αμυντικών Ερευνών (DARPA) του Πενταγώνου των ΗΠΑ, τον φορέα που ουσιαστικά ξεκίνησε τη δημιουργία του Ίντερνετ και «βλέπει» παντού δυνητικές στρατιωτικές εφαρμογές.

Σύμφωνα πάντως με εκτιμήσεις άλλων (ανταγωνιστών) ερευνητών, αν και το νέο επίτευγμα είναι όντως εντυπωσιακό, θα χρειαστούν τουλάχιστον 20 χρόνια εωσότου αυτά τα «υβριδικά» τσιπ γραφενίου-πυριτίου υιοθετηθούν σε μαζική κλίμακα.