IBM Nanotechnology może ulepszyć telefony komórkowe

Nanotechnologia może pewnego dnia rozszerzyć zasięg telefonów komórkowych, zwiększając tym samym żywotność baterii, jeśli prototypowy tranzystor firmy IBM wejdzie na rynek.

Naukowcy z firmy wykorzystują nanotechnologię do budowy przyszłej generacji bezprzewodowych urządzeń nadawczo-odbiorczych, które są znacznie bardziej czułe niż te, które zostały znalezione w dzisiejszych telefonach. Zostaną również wykonane z tańszego materiału, jak twierdzi IBM. Połów jest taki, że nowe chipy prawdopodobnie nie dostaną się w ręce konsumentów przez kolejne pięć lub dziesięć lat.

Naukowcy, sponsorowani przez DARPA (Agencja Zaawansowanych Projektów Obronnych US Defense), zbudowali prototypowe tranzystory z nowym materiał, zwany grafenem. Jest to forma grafitu składająca się z pojedynczej warstwy atomów węgla ułożonych w strukturze plastra miodu. Struktura grafenu pozwala elektronom bardzo szybko przechodzić przez nie i zapewnia większą wydajność niż istniejące materiały chipowe nadawczo-odbiorcze, powiedział Yu-Ming Lin, pracownik naukowy IBM w Yorktown Heights w Nowym Jorku. Projekt jest częścią programu CERA firmy DARPA (Carbon Electronics dla aplikacji o częstotliwościach radiowych).

[Czytaj dalej: Najlepsze telefony z Androidem dla każdego budżetu.]

IBM ogłosił w czwartek, że naukowcy osiągnęli częstotliwość 26 GHz na prototypowych tranzystorach grafenowych. Tranzystory użyte w teście miały bramę o długości 150 nanometrów, a naukowcy dążą do długości bramki 50 nm, która pozwoliłaby na częstotliwości powyżej 1 THz.

Częstotliwości te znacznie przekraczają dzisiejsze sieci komórkowe. Mogą być zastosowania wojskowe i medyczne dla częstotliwości powyżej 1THz, takich jak oglądanie ukrytych broni lub wykonywanie zdjęć medycznych bez użycia szkodliwych promieni Roentgena, powiedział Lin. W odróżnieniu od promieni rentgenowskich, częstotliwości w zakresie terahercowym byłyby niższe niż częstotliwość światła widzialnego, więc nie miałoby to tego samego niebezpieczeństwa promieniowania, powiedział.

Ale na konwencjonalnych częstotliwościach transceivery oparte na grafenie mogą powodować telefony komórkowe i stacje bazowe są bardziej czułe i lepiej wychwytują słabe sygnały. Kluczem jest stosunek sygnału do szumu lub możliwość odróżnienia sygnału radiowego od innych fal wokół niego. W pewnej odległości telefon o lepszym stosunku sygnału do szumu może lepiej wykorzystać sygnał z najbliższej celi. Bardziej wrażliwy telefon może działać nawet w miejscach, gdzie dzisiejsze telefony nie są w stanie, powiedział Lin. Ponadto, żetony grafenu zużywają mniej energii niż dzisiejsze radiotelefony komórkowe, więc baterie mogą trwać dłużej, powiedział Lin.

W radiotelefonach wysokiej częstotliwości użyto kilka specjalistycznych materiałów, między innymi arsenek galu, german i fosforek indu. Grafen jest tańszą alternatywą, która może działać na wyższych częstotliwościach niż te, powiedział. Jest to dwuwymiarowa substancja wykonana z węgla, którą Lin porównał do nieopakowanej nanorurki.

Producenci telefonów komórkowych zdecydowanie dążą do zapewnienia użytkownikom lepszych sygnałów i dłuższej żywotności baterii, a także do obniżenia kosztów, powiedział analityk Gartnera Stan Bruederle. W rzeczywistości operatorzy komórkowi są zmuszani do budowania większej liczby stacji bazowych, aby zbliżyć się do subskrybentów, aby zapewnić wysokie stawki danych, których szukają dzięki usługom 3G (trzeciej generacji). Bardziej czułe radia mogą zmniejszyć to obciążenie. Ale nie ma gwarancji, że wyskoczą na układy grafenowe jako najlepsze rozwiązanie, powiedział Bruederle.

Obecnym trendem jest wykorzystanie istniejącej technologii CMOS (uzupełniającej metaloplazmatycznej półprzewodnikowej) dla transceiverów i zintegrowanie ich z innymi komponentami telefonu komórkowego w jeden chip. To obniża koszty zarówno poprzez integrację, jak i wykorzystanie technologii mikroprocesorowej, powiedział Bruederle. W przeciwieństwie do tego rodzaju procesu, grafen prawdopodobnie nie byłby dostępny na rynku przez 10 lat, powiedział.

"Najwyraźniej, CMOS zaczyna stawić czoła pewnym wyzwaniom", kontynuując osiąganie wyższej wydajności, powiedział Bruederle. "Ale inżynierowie są niesamowicie innowacyjni, to ruchomy cel."

(Dodatkowe raporty Agama Shah w San Francisco.)