美大學(xué)用石墨烯將天線縮小至1/100 可用于太赫茲無(wú)線通信

美國(guó)佐治亞理工學(xué)院（Georgia Institute of Technology）的研究人員公布了一項(xiàng)研究成果：用石墨烯制作的天線非常適于利用頻率在0.1THz到10THz之間的電磁波，即“太赫茲波”的無(wú)線通信。于是，制作用一般金屬天線無(wú)法實(shí)現(xiàn)的約1μm長(zhǎng)太赫茲無(wú)線模塊就有了實(shí)現(xiàn)的可能。

佐治亞理工學(xué)院設(shè)想的石墨烯天線示意圖。使用長(zhǎng)1μm、寬10nm～100nm的石墨烯帶。

無(wú)線通信天線的尺寸一般需要與所用無(wú)線電波（電磁波）的波長(zhǎng)同等。如，無(wú)線LAN利用的2.4GHz頻帶的電波為數(shù)cm，毫米波為數(shù)mm。實(shí)際上，天線因使用高介電率材料等而小型化有所進(jìn)展，但即便如此也只能小型化至波長(zhǎng)的1/10左右。

太赫茲波的波長(zhǎng)為100μm左右，因此天線及無(wú)線模塊的小型化極限也約為100μm長(zhǎng)。如果想使無(wú)線模塊小型化至1μm以下，就需要使用超過(guò)100THz或更高頻率的紅外線及可視光線作為無(wú)線的載波。而這種技術(shù)難度很大，憑借目前的無(wú)線路線技術(shù)無(wú)望實(shí)現(xiàn)。

然而，據(jù)佐治亞理工學(xué)院教授Ian Akyildiz等介紹，若天線用石墨烯來(lái)制作，則其1/100的1μm長(zhǎng)度可實(shí)現(xiàn)與大約100μm長(zhǎng)的金屬天線同等的性能，這一點(diǎn)已由數(shù)值分析所證實(shí)。其原因大致有兩點(diǎn)：一是石墨烯會(huì)發(fā)生表面等離極化激元（Surface Plasmon Polariton，SPP）現(xiàn)象，材料表面的電子與光子會(huì)發(fā)生共振，有一種擴(kuò)大效應(yīng)的功能。另一點(diǎn)是，由于石墨烯的特殊能帶結(jié)構(gòu)形成特殊導(dǎo)電性，即使是更長(zhǎng)波長(zhǎng)的電波，也會(huì)在石墨烯上產(chǎn)生共振。

據(jù)稱，佐治亞理工學(xué)院的研究人員目前正在試制不只是天線，甚至連無(wú)線線路也使用石墨烯晶體管的無(wú)線模塊。“將來(lái)手機(jī)等終端等上配備數(shù)百～數(shù)千個(gè)石墨烯太赫茲無(wú)線模塊，可實(shí)現(xiàn)傳輸速度為1Tbit/秒左右的超高速無(wú)線通信”（Akyildiz）。