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

美國佐治亞理工學(xué)院（Georgia Institute of Technology）的研究人員公布了一項研究成果：用石墨烯制作的天線(xiàn)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(xiàn)通信。于是，制作用一般金屬天線(xiàn)無(wú)法實(shí)現的約1μm長(cháng)太赫茲無(wú)線(xiàn)模塊就有了實(shí)現的可能。

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

無(wú)線(xiàn)通信天線(xiàn)的尺寸一般需要與所用無(wú)線(xiàn)電波（電磁波）的波長(cháng)同等。如，無(wú)線(xiàn)LAN利用的2.4GHz頻帶的電波為數cm，毫米波為數mm。實(shí)際上，天線(xiàn)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(cháng)的1/10左右。

太赫茲波的波長(cháng)為100μm左右，因此天線(xiàn)及無(wú)線(xiàn)模塊的小型化極限也約為100μm長(cháng)。如果想使無(wú)線(xiàn)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(xiàn)及可視光線(xiàn)作為無(wú)線(xiàn)的載波。而這種技術(shù)難度很大，憑借目前的無(wú)線(xiàn)路線(xiàn)技術(shù)無(wú)望實(shí)現。

然而，據佐治亞理工學(xué)院教授Ian Akyildiz等介紹，若天線(xiàn)用石墨烯來(lái)制作，則其1/100的1μm長(cháng)度可實(shí)現與大約100μm長(cháng)的金屬天線(xiàn)同等的性能，這一點(diǎn)已由數值分析所證實(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）現象，材料表面的電子與光子會(huì )發(fā)生共振，有一種擴大效應的功能。另一點(diǎn)是，由于石墨烯的特殊能帶結構形成特殊導電性，即使是更長(cháng)波長(cháng)的電波，也會(huì )在石墨烯上產(chǎn)生共振。

據稱(chēng)，佐治亞理工學(xué)院的研究人員目前正在試制不只是天線(xiàn)，甚至連無(wú)線(xiàn)線(xiàn)路也使用石墨烯晶體管的無(wú)線(xiàn)模塊。“將來(lái)手機等終端等上配備數百～數千個(gè)石墨烯太赫茲無(wú)線(xiàn)模塊，可實(shí)現傳輸速度為1Tbit/秒左右的超高速無(wú)線(xiàn)通信”（Akyildiz）。