Pour la communication sans fil, nous sommes tous coincés sur la même autoroute encombrée par la circulation - c'est une section du spectre électromagnétique connue sous le nom d'ondes radio.

Les progrès ont rendu l'autoroute plus efficace, mais les problèmes de bande passante persistent à mesure que les appareils sans fil prolifèrent et que la demande de données augmente. La solution peut être une proximité, zone principalement inexploitée du spectre électromagnétique connue sous le nom de bande térahertz.

"Pour la communication sans fil, la bande térahertz est comme une voie express. Mais il y a un problème :il n'y a pas de rampes d'entrée, " dit Josep Jornet, Doctorat, professeur adjoint au Département de génie électrique de l'Université de Buffalo School of Engineering and Applied Sciences.

Jornet est le chercheur principal d'un programme de trois ans, 624 $, 497 subvention de l'US Air Force Office of Scientific Research pour aider à développer un réseau de communication sans fil dans la bande térahertz. Les co-chercheurs principaux sont Jonathan Bird, Doctorat, professeur de génie électrique, et Erik Einarsson, Doctorat, professeur assistant en génie électrique, tous deux à l'UB.

Leur travail se concentre sur le développement de radios extrêmement petites - faites de graphène et de matériaux semi-conducteurs - qui permettent une courte portée, communication à grande vitesse.

La technologie pourrait à terme réduire le temps nécessaire pour accomplir des tâches complexes, comme la migration des fichiers d'un ordinateur vers un autre, des heures aux secondes. D'autres applications potentielles incluent les nanocapteurs corporels implantables qui surveillent les personnes malades ou à risque, et des nanocapteurs placés sur des ponts vieillissants, dans les cours d'eau pollués et autres lieux publics pour fournir un streaming ultra-haute définition.

Ce sont des exemples de ce qu'on appelle l'Internet des nano-objets, un jeu sur l'Internet des objets plus courant, dans lequel les objets du quotidien sont connectés au cloud via des capteurs, microprocesseurs et autres technologies.

"Nous serons en mesure de créer très précis, des cartes détaillées et opportunes de ce qui se passe dans un système donné. La technologie a des applications dans les soins de santé, agriculture, l'efficacité énergétique - essentiellement tout ce sur quoi vous voulez plus de données, " dit Jornet.

Le potentiel inexploité des ondes térahertz

Pris en sandwich entre les ondes radio (partie du spectre électromagnétique qui comprend la radio AM, radar et smartphones) et des ondes lumineuses (télécommandes, câbles à fibres optiques et plus), le spectre térahertz est rarement utilisé par comparaison.

Les radios à base de graphène pourraient aider à surmonter un problème avec les ondes térahertz :elles ne conservent pas leur densité de puissance sur de longues distances. C'est une idée que Jornet a commencé à étudier en 2009 en tant qu'étudiant diplômé à Georgia Tech sous Ian Akyildiz, Doctorat, Professeur titulaire de la chaire Ken Byers en télécommunications.

Le graphène est une feuille de carbone bidimensionnelle qui, en plus d'être incroyablement fort, fin et léger, possède des propriétés électroniques alléchantes. Par exemple, les électrons se déplacent 50 à 500 fois plus vite dans le graphène que dans le silicium.

Dans les études précédentes, les chercheurs ont montré que de minuscules antennes de graphène ont des bandes de 10 à 100 nanomètres de large et d'un micromètre de long, combinés à des matériaux semi-conducteurs tels que l'arséniure d'indium et de gallium, peuvent transmettre et recevoir des ondes térahertz à des vitesses sans fil supérieures à un térabit par seconde.

Mais pour rendre ces radios viables en dehors du laboratoire, les antennes ont besoin d'autres composants électroniques, tels que des générateurs et des détecteurs qui fonctionnent dans le même environnement. C'est le travail sur lequel Jornet et ses collègues se concentrent.

Jornet dit que des milliers, voire des millions, de ces radios en réseau fonctionnant ensemble pourraient permettre aux ondes térahertz de parcourir de plus grandes distances. Les nanocapteurs pourraient être intégrés dans des objets physiques, tels que les murs et les panneaux de signalisation, ainsi que des puces et autres composants électroniques, pour créer un Internet des nano-objets.

"Les possibilités sont illimitées, " dit Jornet.

Jornet est membre des Signaux, Groupe de recherche Communications et Réseaux du département de génie électrique de l'UB, tandis que Bird et Einarsson travaillent dans le groupe de recherche Solid State Electronics du département.

Le travail décrit ci-dessus est un exemple de la stratégie du département visant à embaucher des membres du corps professoral possédant une expertise complémentaire qui favorisent la convergence des domaines de recherche fondamentale tout en développant de nouvelles technologies et en formant les étudiants.