Komponenter

IBM Nanoteknologi kan forbedre mobiltelefoner

The Internet of Things by James Whittaker of Microsoft

The Internet of Things by James Whittaker of Microsoft
Anonim

Nanoteknologi kan en dag udvide din mobiltelefons rækkevidde, samtidig med at den forbedrer sin batterilevetid, hvis en prototype-transistor fra IBM kommer til markedet.

Forskere i virksomheden bruger nanoteknologi til at opbygge en fremtidig generation af trådløse transceivere, der er meget mere følsomme end dem, der findes i telefoner i dag. De vil også blive lavet med et billigere materiale, ifølge IBM. Fangsten er, at de nye chips sandsynligvis ikke vil gøre det til forbrugernes hænder i yderligere fem eller ti år.

Forskerne, sponsoreret af DARPA (Det amerikanske forsvar Advanced Research Projects Agency), har bygget prototype transistorer med den nye materiale, kaldet graphene. Det er en form for grafit, der består af et enkelt lag af carbonatomer arrangeret i et bikakemønster. Grafens struktur gør det muligt for elektroner at køre igennem det meget hurtigt og giver det større effektivitet end eksisterende transceiver-chipmaterialer, siger Yu-Ming Lin, en forskningspersonale hos IBM i Yorktown Heights, New York. Projektet er en del af DARPAs CERA-program (Carbon Electronics for radiofrekvensapplikationer).

[Yderligere læsning: De bedste Android-telefoner til hvert budget.]

IBM meddelte torsdag, at forskerne har opnået en frekvens på 26 GHz på prototype-grafen-transistorer. De transistorer, der blev brugt i testen, havde en portlængde på 150 nanometer, og forskerne sigtede efter en 50 nm portlængde, der ville tillade frekvenser over 1 THz.

Disse frekvenser ligger langt over, hvad cellulære netværk bruger i dag. Der kan være militære og medicinske anvendelser til frekvenser over 1 THz, som at se skjulte våben eller gøre medicinsk billeddannelse uden at bruge skadelige røntgenstråler, sagde Lin. I modsætning til en røntgen ville frekvenserne i terahertz-området være lavere end hyppigheden af ​​synligt lys, så det ville ikke have de samme strålingsfarer, sagde han.

Men ved konventionelle frekvenser kunne grafenbaserede transceivere gøre begge mobiltelefoner og basestationer mere følsomme og bedre i stand til at afhente svage signaler. Nøglen er signal-til-støjforhold, eller at kunne skelne radiosignalet fra de andre bølger omkring det. På en given afstand kan en telefon med et bedre signal-til-støjforhold bedre udnytte signalet tilgængeligt fra nærmeste celtårn. En mere følsom telefon kan endda arbejde på områder, hvor dagens telefoner ikke kan, sagde Lin. Derudover forbruges grafenchips mindre strøm end dagens mobiltelefonradioer, så batterierne kan vare længere, siger Lin.

Flere specialmaterialer er blevet brugt i højfrekvente radioer, blandt andet galliumarsenid, germanium og indiumphosphid. Graphene er et billigere alternativ, der kunne fungere ved højere frekvenser end dem, sagde han. Det er et todimensionalt stof fremstillet af kulstof, hvilket Lin sammenlignet med en uudnyttet nanorør.

Mobiltelefonproducenter forsøger absolut at give brugerne bedre signaler og længere batterilevetid samt at reducere omkostningerne, siger Gartner-analytikeren Stan Bruederle. Faktisk bliver mobiloperatørerne tvunget til at opbygge flere basestationer for at komme tæt nok til abonnenterne til at levere de høje datahastigheder, de søger med 3G-tjenester (tredje generation). Mere følsomme radioer kan lette den byrde. Men der er ingen garanti for, at de hopper på grafenchips som den bedste løsning, siger Bruederle.

En nuværende tendens er at bruge eksisterende CMOS (komplementær metaloxid halvleder) teknologi til transceivere og integrere dem med andre mobiltelefon komponenter i en chip. Dette sænker omkostningerne gennem både integration og brug af en højvolumen-chipteknologi, sagde Bruederle. Konkurrerende mod den slags proces ville grafen sandsynligvis ikke gøre det til markedet i nærmere 10 år, sagde han.

"Det er klart, at CMOS er begyndt at stå over for nogle udfordringer" for at fortsætte med at nå højere ydeevne, siger Bruederle. "Men ingeniører er utrolig innovative. Det er et bevægeligt mål."

(Yderligere rapportering af Agam Shah i San Francisco.)