Ταχύτατο Ιντερνετ με… γραφένιο

Η ορολογία «γρήγορο Ίντερνετ» συνδέθηκε με τη νέα τεχνολογία ADSL, που εξαπλώθηκε τα τελευταία χρόνια σε σπίτια και γραφεία, όμως το νέο και πολλά υποσχόμενο υλικό γραφένιο φιλοδοξεί να φέρει μια νέα επανάσταση, κάνοντας τις συνδέσεις του διαδικτύου δεκάδες φορές ακόμα πιο γρήγορες από ό,τι είναι σήμερα.

Μια ομάδα ερευνητών των βρετανικών πανεπιστημίων Μάντσεστερ και Κέμπριτζ, η οποία περιλαμβάνει τους νομπελίστες καθηγητές Αντρέ Γκάιμ και Κόστια Νοβοσέλοφ (που βραβεύτηκαν ακριβώς για την ανακάλυψη των δυνατοτήτων του γραφένιου), παρουσίασαν τις νέες ανακαλύψεις στο περιοδικό για θέματα επικοινωνιών «Nature Communications».. Συγκεκριμένα, ανακάλυψαν ένα τρόπο να βελτιώνουν τις συσκευές από γραφένιο έτσι ώστε να χρησιμοποιούνται ως φωτο-ανιχνευτές σε μελλοντικές οπτικές τηλεπικοινωνίες πολύ υψηλής ταχύτητας.

Συνδυάζοντας το γραφένιο με μεταλλικές νανοδομές, οι επιστήμονες πέτυχαν να αυξήσουν μέχρι 20 φορές την ανίχνευση του φωτός από το γραφένιο, πράγμα που ανοίγει το δρόμο για νέα μεγάλα άλματα στις ταχύτητες του διαδικτύου και άλλων μορφών επικοινωνιών. Οι συσκευές γραφένιου, με περαιτέρω βελτιώσεις, θα μπορούσαν να καταστήσουν εφικτές συνδέσεις Ίντερνετ όχι μόνο μερικές δεκάδες, αλλά εκατοντάδες φορές πιο γρήγορες σε σχέση ακόμα και με τα πιο γρήγορα σημερινά οπτικά καλώδια, χάρη στις μοναδικές ιδιότητες των ηλεκτρονίων του γραφένιου (έχουν υψηλή κινητικότητα και ταχύτητα).

Το βασικό πρόβλημα ως τώρα, που εμπόδιζε την πρακτική αξιοποίηση του γραφένιου στις τηλεπικοινωνίες, ήταν η χαμηλή αποδοτικότητά του, καθώς το γραφένιο -το πιο λεπτό υλικό στον κόσμο- απορροφά πολύ λίγο φως (περίπου το 3% της συνολικής ποσότητας που πέφτει πάνω του), ενώ το υπόλοιπο διατρέχει το υλικό, χωρίς να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα. Τοποθετώντας όμως δύο μεταλλικά σύρματα πάνω σε γραφένιο και ρίχνοντας φως πάνω σε αυτή τη δομή, οι ερευνητές έδειξαν ότι δημιουργείται επαρκής ηλεκτρική ενέργεια.

Οι δύο νομπελίστες και οι συνεργάτες τους -χάρη στις λεγόμενες «πλασμονικές νανοδομές»- κατάφεραν να βελτιώσουν δραστικά το οπτικό ηλεκτρικό πεδίο στο γραφένιο και να συγκεντρώσουν αποδοτικά το φως μέσα στο δισδιάστατο μονό στρώμα (μεμβράνη) άνθρακα πάχους μόλις ενός ατόμου, σε εξαγωνική διάταξη, που είναι το γραφένιο. Όπως δήλωσε ο Νοβοσέλοφ, η τεχνολογία παραγωγής γραφένιου ωριμάζει πλέον με ταχύ ρυθμό, πράγμα που διευρύνει τη γκάμα των πιθανών μελλοντικών εφαρμογών του. Ήδη πολλές κορυφαίες εταιρίες ηλεκτρονικών θεωρούν το γραφένιο το ιδανικό υλικό για την επόμενη γενιά συσκευών, στο πεδίο της φωτονικής και της οπτοηλεκτρονικής, χάρη στον ιδανικό συνδυασμό οπτικών και ηλεκτρονικών ιδιοτήτων που προσφέρει. Εξάλλου, το γραφένιο, μεταξύ άλλων, θα μπορούσε να αξιοποιηθεί για νέου τύπου τρανζίστορ, χημικούς αισθητήρες, νανοηλεκτρομηχανικούς αισθητήρες κ.α. Το γραφένιο ανακαλύφθηκε το 2004 στο πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, γεγονός που χάρισε το 2010 το Νόμπελ Φυσικής στους Γκάϊμ και Νοβοσέλοφ. Στην ανακάλυψη του γραφένιου υπήρξε και ελληνική συμβολή, καθώς ο καθηγητής Κώστας Γαλιώτης, διευθυντής του Ερευνητικού Ινστιτούτου Χημικής Μηχανικής και Χημικών Διεργασιών Υψηλής Θερμοκρασίας του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ/ΕΙΧΗΜΥΘ) και οι συνεργάτες του από το Ινστιτούτο (Δρ. Παρθένιος) και το Πανεπιστήμιο Πατρών (επίκουρος καθηγητής Κων/νος Παπαγγελής) συνεργάστηκαν στενά με τους βραβευθέντες και συνέβαλαν σημαντικά στην κοινή ερευνητική προσπάθεια.

Η ερευνητική δραστηριότητα στο ΙΤΕ/ ΕΙΧΗΜΥΘ συνεχίζεται και αφορά τη μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων του γραφενίου σε εφελκυσμό αλλά και θλίψη, καθώς επίσης και την παραγωγή νανοσυνθέτων υλικών με βάση το γραφένιο. Στα πλαίσιο αυτό μελετάται διεξοδικά και η φυσική του γραφενίου με βάση την τεχνική της φασματοσκοπίας Raman.