Le nanotecnologie IBM potrebbero migliorare i telefoni cellulari

La nanotecnologia potrebbe un giorno espandere la portata del tuo cellulare migliorando la durata della batteria se un transistor prototipo di IBM arriva sul mercato.

I ricercatori dell'azienda utilizzano la nanotecnologia per costruire una futura generazione di ricetrasmettitori wireless che sono molto più sensibili di quelli trovati oggi nei telefoni. Saranno realizzati anche con un materiale meno costoso, secondo IBM. Il problema è che i nuovi chip probabilmente non passeranno nelle mani dei consumatori per altri cinque o dieci anni.

Gli scienziati, sponsorizzati dalla DARPA (l'Agenzia per la Ricerca Avanzata della Difesa degli Stati Uniti), hanno costruito prototipi di transistor con il nuovo materiale, chiamato grafene. È una forma di grafite che consiste in un singolo strato di atomi di carbonio disposti in uno schema a nido d'ape. La struttura del grafene consente agli elettroni di attraversarlo molto rapidamente e gli dà una maggiore efficienza rispetto ai materiali del chip del ricetrasmettitore esistenti, ha affermato Yu-Ming Lin, un membro dello staff di ricerca presso l'IBM a Yorktown Heights, New York. Il progetto fa parte del programma CERA di DARPA (Carbon Electronics per applicazioni in radiofrequenza).

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IBM ha annunciato giovedì che i ricercatori hanno raggiunto una frequenza di 26 GHz su transistor di grafene prototipo. I transistor utilizzati nel test avevano una lunghezza di gate di 150 nanometri, e i ricercatori mirano a una lunghezza del gate di 50 nm che consentirebbe frequenze superiori a 1THz.

Quelle frequenze sono molto al di sopra di quelle utilizzate oggi dalle reti cellulari. Ci possono essere usi militari e medici per frequenze superiori a 1THz, come vedere armi nascoste o fare imaging medico senza usare raggi X dannosi, ha detto Lin. A differenza di una radiografia, le frequenze nella gamma di terahertz sarebbero inferiori alla frequenza della luce visibile, quindi non avrebbe gli stessi pericoli di radiazioni, ha detto.

Ma a frequenze convenzionali, i ricetrasmettitori basati su grafene potrebbero rendere entrambi telefoni cellulari e stazioni base più sensibili e in grado di rilevare segnali deboli. La chiave è il rapporto segnale-rumore o la capacità di distinguere il segnale radio dalle altre onde attorno ad esso. Ad una determinata distanza, un telefono con un migliore rapporto segnale / rumore può sfruttare meglio il segnale disponibile dalla torre cellulare più vicina. Un telefono più sensibile potrebbe funzionare anche in aree dove i telefoni di oggi non possono, ha detto Lin. Inoltre, i chip di grafene consumano meno energia rispetto alle odierne radio del telefono cellulare, quindi le batterie potrebbero durare più a lungo, ha detto Lin.

Diversi materiali specializzati sono stati utilizzati nelle radio ad alta frequenza, tra cui arseniuro di gallio, germanio e fosfuro di indio. Il grafene è un'alternativa meno costosa che potrebbe funzionare a frequenze più alte di quelle, ha detto. È una sostanza bidimensionale fatta di carbonio, che Lin ha paragonato a un nanotubo non rivestito.

I produttori di telefoni cellulari stanno cercando di offrire agli utenti segnali migliori e una maggiore durata della batteria, oltre a tagliare i costi, ha detto l'analista di Gartner Stan Bruederle. Di fatto, gli operatori mobili sono costretti a installare più stazioni base per avvicinarsi abbastanza agli abbonati per offrire le elevate velocità di trasmissione che stanno cercando con i servizi 3G (di terza generazione). Le radio più sensibili potrebbero alleviare questo onere. Ma non c'è alcuna garanzia che salteranno sui chip di grafene come la soluzione migliore, ha detto Bruederle.

Una tendenza attuale è quella di utilizzare la tecnologia CMOS (semiconduttore di ossido di metallo complementare) esistente per i ricetrasmettitori e integrarli con altri componenti del telefono cellulare in un chip. Ciò riduce i costi attraverso l'integrazione e l'uso di una tecnologia di chip ad alto volume, ha detto Bruederle. Competendo contro questo tipo di processo, il grafene non sarebbe probabilmente arrivato sul mercato per circa 10 anni, ha detto.

"Chiaramente, CMOS sta iniziando ad affrontare alcune sfide" nel continuare a raggiungere prestazioni più elevate, ha detto Bruederle. "Ma gli ingegneri sono incredibilmente innovativi: è un bersaglio mobile."

(Segnalazione aggiuntiva di Agam Shah a San Francisco.)