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Analizan el uso de grafeno para las comunicaciones 6G

Grafeno 6GInternacional. Las comunicación 6G necesitan grafeno. 6G se lanzará inicialmente a unos pocos cientos de GHz, donde varias tecnologías de diodos y transistores están disponibles en el laboratorio, pero las cosas se ponen difíciles cuando el 6G de segunda generación opera a alrededor de 1 THz para obtener el máximo tiempo de respuesta, capacidad de datos, transferencia de datos y otros avances prometidos.

Esto coincidirá con la adición de 6G de los beneficios prometidos para el usuario que solo pueden obtenerse manejando una mayor potencia. El último RIS de superficies inteligentes reflectantes 6G en todas partes hará más que mejorar y redirigir los rayos, pero en realidad los amplificará, cargando su teléfono y dispositivos operativos sin energía. La fabricación, manipulación y uso de los rayos se benefician potencialmente del grafeno, y la oportunidad total del grafeno se encuentra en el informe de IDTechEx, "Evaluación del mercado de grafeno y materiales 2D 2021-2031".

Los supercondensadores de grafeno de ajuste y olvido a menudo reemplazarán las baterías, ya que los dispositivos 6G necesitan menos energía. Estos supercondensadores sobresalen en energía y densidad de potencia aprovechando la excelente conductividad del grafeno, la enorme densidad de área y la compatibilidad con los nuevos electrolitos de mejor rendimiento. Los pseudocondensadores prometen aún más. La mayor parte de su investigación involucra grafeno. Consulte el informe de IDTechEx, "Materiales y formatos de supercondensadores 2020-2040".

La electrónica THz deseada necesariamente se vuelve más pequeña y delgada. La disipación de calor se suma a los desafíos, por lo que la densidad del área, la conducción de calor, la delgadez y la conductividad eléctrica del grafeno son algunas de las razones de su atractivo en las comunicaciones 6G planificadas. De hecho, el grafeno es un candidato tanto en los dispositivos activos 6G como en los metamateriales esenciales para la fabricación de las superficies inteligentes para hacer pasar los débiles haces.

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6G no puede tener éxito sin las superficies inteligentes reprogramables RIS ampliamente desplegadas y no pueden tener éxito a menos que se construyan como metasuperficies que coliman, polaricen y redirijan de manera asequible haces casi sin electricidad. Tanto el patrón de sub-longitud de onda como los dispositivos activos integrados son candidatos para el grafeno.

Las nuevas antenas plasmónicas de ancho de banda amplio son intrínsecamente pequeñas y funcionan de manera eficiente a THz. A diferencia de las tecnologías electrónicas y ópticas que se basan en la conversión ascendente de señales de microondas y ondas milimétricas o en la conversión descendente de señales ópticas, la generación directa de señales THz es posible en dispositivos híbridos de grafeno / semiconductores 3-5. La eficiencia aumenta por falta de pérdida de energía por armónicos 100 veces más pequeñas que las antenas metálicas tradicionales, se integran fácilmente. Su respuesta de frecuencia se puede reprogramar electrónicamente.

Un esquema de detección de diodos Schottky THz eficiente emplea grafeno epitaxial sobre carburo de silicio. Los sensores biológicos y químicos se pueden fabricar de esta manera, lo que es relevante para 6G porque está destinado a tener una detección y un posicionamiento ubicuos en su corazón.

Un equipo de investigación germano-español reveló que su grafeno recubierto de oro genera mejores pulsos de THz posiblemente en CMOS para 6G. El grafeno epitaxial en GaN promete electrónica funcional, electrónica de molécula única, plasmónica y fonónica y detección de procesos electrónicos ultrarrápidos.

No es de extrañar que la Hoja de ruta de la tecnología e innovación del grafeno de la UE prediga que los datos ópticos en chip habilitados con grafeno, los dispositivos de lógica de giro y las redes 6G estarán en desarrollo en 2030. La segunda etapa 6G de 1THz recibe una preparación muy seria en ese momento.

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Debido a la estructura de banda única, la conductividad del grafeno se puede modular dinámicamente de forma óptica o eléctrica creando dispositivos eléctricos y optoelectrónicos reprogramables. Un nuevo tipo de transistor óptico, un amplificador THz funcional, utiliza grafeno y un superconductor de alta temperatura. Aquí el grafeno sobresale en transparencia, insensibilidad a la luz y electrones sin masa. El grafeno doble con superconductor atrapa los electrones del grafeno. La radiación de THz golpea el grafeno accionado haciendo que las partículas atrapadas en el interior se adhieran a las ondas salientes, amplificándolas.

NAIST Korea y otros demuestran la modulación en tiempo real de la amplitud y fase de la onda en la reflexión y transmisión. El grafeno se modela en una serie de nanocintas que excitan la resonancia del plasmón THz localizado con una compensación entre la movilidad del portador de grafeno o el tiempo de relajación y la eficiencia.

Las estructuras apropiadas localizan estrechamente los campos incidentes mejorando la interacción entre la luz y la materia del grafeno, potencialmente para superficies inteligentes reprogramables 6G RIS en todas partes. La conductividad THz del grafeno se puede modificar mediante una bomba óptica que altere la concentración del portador y la distribución de energía. Recientemente, se ha propuesto una variedad de metasuperficies ajustables basadas en grafeno estimuladas ópticamente. Consulte el informe de IDTechEx, "Mercado de comunicaciones 6G, dispositivos, materiales 2021-2041".

Las metasuperficies multifuncionales de grafeno controladas dinámicamente THz están apareciendo experimentalmente. Una gran variedad de celdas unitarias reflectantes de grafeno las controla de forma independiente por tamaño y voltaje de puerta estática externa, logrando multifuncionalidad. El llamado transistor de efecto de campo de grafeno es otro foco de THz.

El CEO de IDTechEx, Raghu Das, resume: "Los sistemas 6G pueden convertirse en un negocio de un billón de dólares. Aprovechando una variedad de beneficios, el grafeno puede usarse para las metasuperficies, supercondensadores y varios componentes activos involucrados. Los pronósticos a corto plazo de IDTechEx para las ventas de grafeno en el mercado abierto siguen siendo modestos en parte porque las aplicaciones 6G comienzan a partir de 2030 como muy pronto y gran parte del grafeno empleado se producirá en el proceso, como ocurre con el crecimiento epitaxial. Los fabricantes de supercondensadores de grafeno a menudo fabrican los suyos propios y, de todos modos, actualmente son solo un pequeño porcentaje del mercado de supercondensadores".

Duván Chaverra Agudelo
Author: Duván Chaverra Agudelo
Editor Jefe
Jefe Editorial en Latin Press, Inc,. Comunicador Social y Periodista con experiencia de más de 15 años en medios de comunicación. Apasionado por la tecnología y por esta industria. [email protected]

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