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Un condensateur au graphène pourrait révolutionner l'Internet des objets

Un condensateur au graphène pourrait révolutionner l'Internet des objets

Des chercheurs de l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) en Suisse ont développé un condensateur de graphène ajustable qui pourrait augmenter considérablement la vitesse et l'efficacité des systèmes de communication sans fil. Le système, qui fonctionne à des fréquences très élevées, avec des résultats sans précédent, pourrait atteindre révolutionner l'internet des objets.


Il existe de nombreux types de communications sans fil: téléphones portables avec connectivité 4G ou 5G, appareils GPS et ordinateurs connectés via Bluetooth, capteurs portables, etc.; et ils fonctionnent tous dans des bandes de fréquences différentes. Pour fonctionner avec plusieurs plates-formes, les appareils connectés doivent prendre en charge une large gamme de fréquences sans augmenter le volume excessif dû au matériel.

Aujourd'hui, la plupart des systèmes sans fil portables sont équipés de circuits reconfigurables qui peuvent ajuster son antenne pour transmettre et recevoir des données dans différentes bandes de fréquences. Le problème est que les technologies disponibles aujourd'hui, telles que MEMS et MOS, qui utilisent du silicone ou des métaux, ils ne fonctionnent pas bien dans les hautes fréquences. Et c'est précisément là que les données peuvent voyager beaucoup plus rapidement.

Pour cela la découverte des chercheurs de l'EPFL c'est tellement intéressant, parce que permet aux circuits de fonctionner à la fois aux basses et hautes fréquences; et avec une efficacité sans précédent.

La nouvelle solution de graphène, développée dans le laboratoire des dispositifs nanoélectroniques, est conçue pour remplacer les condensateurs réglables, présents dans tous les dispositifs sans fil. Le dispositif "reconfigure" les circuits à des fréquences différentes afin qu'ils puissent fonctionner dans une large gamme de bandes de fréquences. De plus, il répond à d'autres besoins qui ne sont pas couverts par les condensateurs MEMS et MOS:

  • Bonnes performances à hautes fréquences
  • Une petite taille (environ 0,05 cm).
  • Et la possibilité de l'ajuster avec de faibles niveaux de puissance.

De plus, le condensateur au graphène développé par les chercheurs de l'EPFL:

  • Il est compatible avec les circuits traditionnels
  • Consomme très peu d'énergie
  • Et au-dessus de 2,1 Ghz, il surpasse facilement ses concurrents.

«La superficie d'un système MEMS conventionnel devrait être mille fois plus grande pour atteindre sa valeur de capacité», a déclaré Clara Moldovan, auteur principal de l'étude.

Comment fonctionne le condenseur de graphène

Source: EPFL

La découverte des chercheurs de l'EPFL est basé sur une structure sandwich intelligente.

"Lorsque le graphène a été découvert, il y a plus de 10 ans, cela a fait beaucoup de bruit", a noté Moldovan. «Il était considéré comme un matériau miraculeux, car c'est un très bon conducteur électrique et thermique, en plus d'être flexible, léger, transparent et résistant. Cependant, les chercheurs ont découvert qu'il était difficile de l'intégrer dans les systèmes électroniques, car son épaisseur atomique lui confère une résistance efficace élevée ».

La structure en sandwich tire parti du fait qu'un gaz bidimensionnel d'électrons dans un puits quantique peut se comporter comme une capacité quantique. En effet, il suit le principe d'exclusion de Pauli, selon lequel il faut une certaine quantité d'énergie pour remplir un puits quantique d'électrons. La capacité quantique peut être facilement mesurée dans des couches de graphène à un seul atome et son principal avantage est qu'elle est réglable en faisant varier la densité de charge dans le graphène avec une très basse tension.

"En appliquant une tension, nous pouvons ajuster nos condensateurs à une certaine fréquence, de la même manière qu'une radio est ajustée pour syntoniser différentes stations", a déclaré Moldovan.

Principaux avantages et applications du nouveau condenseur de graphène

En plus des avantages déjà mentionnés, le nouveau condenseur peut être rigide ou flexible, ce qui augmente considérablement ses applications possibles.

  • En fonctionnant à des fréquences élevées, il améliorera le flux de données entre les appareils connectés
  • Cela pourrait prolonger la durée de vie des batteries
  • Cela conduira à des appareils de plus en plus compacts
  • Dans son état souple, il pourrait facilement être utilisé sur des capteurs placés sur des vêtements ou directement sur le corps humain.

Malgré tout ça, Selon les chercheurs de l'EPFL, le graphène ne remplacera pas le silicium comme cela a été dit à maintes reprises au fil des ans, mais la technologie ultime sera un hybride qui combine le graphène avec les technologies avancées du silicium.

La raison en est qu'en électronique, le graphène est le plus efficace lorsqu'il est combiné avec des blocs fonctionnels en silicium.

Ce qui ne semble pas faire de doute, d'après les résultats de l'enquête, c'est que l'incorporation de graphène Il pourrait révolutionner les communications sans fil et, avec lui, l'Internet des objets et les villes intelligentes.

La recherche a été publiée dans la revue spécialisée Nanoletters.

Source: EPFL

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