Grafeenia pidetään lupaavana ehdokkaana tulevaisuuden nanoelektroniikalle. Teoriassa sen pitäisi mahdollistaa kellotaajuudet, jotka ovat jopa tuhat kertaa nopeampia kuin nykyisellä piielektroniikalla. Nyt tutkijat ovat osoittaneet, että grafeeni voi muuntaa elektroniset signaalit gigahertsien alueelta erittäin tehokkaasti terahertsien taajuuksille.
Tutkijat Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorfin (HZDR) ja Duisburg-Essenin yliopistosta ovat yhdessä Max Planck –instituutin tutkijoiden kanssa osoittaneet ensimmäistä kertaa, että grafeeni voi todella muuntaa elektroniset signaalit gigahertsien alueelta erittäin tehokkaasti terahertsien taajuuksille.
Teoria on pitkään ennustanut, että grafeeni voi olla erittäin tehokas "epälineaarinen" elektroninen materiaali. Tällainen materiaali pystyy tehokkaasti muuntamaan sovitetun oskilloivan sähkömagneettisen kentän kenttiin, joilla on paljon suurempi taajuus. Kokeelliset yritykset todistaa tämä vaikutus grafeeniin viimeisten kymmenen vuoden aikana eivät kuitenkaan ole onnistuneet.
Tutkijat onnistuivat nyt moninkertaistamaan taajuuden yksikerroksisessa grafeenissa käyttäen HZDR:n uutta terahertsien TELBE-säteilylähdettä.
Kauan odotettu kokeellinen todiste terahertsien harmonisesta generoinnista onnistui grafeenissa, joka sisältää monia vapaita elektroneja. Kun vapaita elektroneja viritetään värähtelevällä sähkökentällä ne jakavat energiansa hyvin nopeasti grafeenin muiden elektronien kanssa. Reagoidessaan nämä aiheuttavat erityisen nopeita ja voimakkaita muutoksia grafeenin johtokykyyn.
Tutkijoiden mukaan kolmannen, viidennen ja seitsemännen harmonisen taajuuden generoinnin tehokkuutta kuvaavat epälineaariset kertoimet olivat grafeenilla poikkeuksellisen korkeita. Grafeeni on siis mahdollisesti elektroninen materiaali, jolla on tähän mennessä tunnetuin vahva epälineaarisuus.
Pallohiilen eli fullereenin löytäminen hämmästytti ja ilahdutti kemistejä 1980-luvulla, nanoputket fyysikoita 1990-luvulla ja grafeeni materiaalitutkijoita 2000-luvulla. Mutta yksi nanomittakaavan hiilirakenne eli negatiivisesti kaareva pinta nimeltä schwarzite on väistellyt tutkijoita.
Nyt Berkelyn yliopiston kemistit ovat osoittaneet, että Etelä-Koreassa ja Japanissa viime aikoina syntyneet hiilirakenteet ovat itse asiassa pitkään etsittyjä schwarziitteja. Tutkijat ennustavat niillä olevan ainutlaatuisia sähköisiä ja varastoivia ominaisuuksia, kuten jo löydetyissä nanotason hiilirakenteissa.
Uudet rakenteet rakennettiin zeoliittihuokosten sisälle, jossa ne muodostavat topologisesti minimaalisia pintoja. Teoreettisen työn pohjalta kemistit ovat ennustelleet, että schwarziiteilla on ainutlaatuiset elektroniset, magneettiset ja optiset ominaisuudet, jotka tekevät ne käyttökelpoisiksi superkondensaattoreissa, akkuelektrodeissa ja katalysaattoreissa. Lisäksi niiden suuret sisäiset tilat soveltuvat kaasun varastointiin ja erotteluun.
Veijo Hänninen
14.9.2018
Autoteollisuus on siirtymässä yhä monimutkaisempiin ohjelmistopohjaisiin järjestelmiin, joissa virheetön ohjelmisto on elintärkeää turvallisuuden ja suorituskyvyn varmistamiseksi. Ohjelmiston laatu ja luotettavuus eivät ole enää vain valinnaisia ominaisuuksia, vaan kriittisiä vaatimuksia erityisesti autonomisessa ajamisessa, kehittyneissä kuljettajaa avustavissa järjestelmissä (ADAS) ja yhdistetyissä ajoneuvojärjestelmissä.
Kestävä digitaalinen infrastruktuuri on kriittinen, jotta tietoliikenneverkot voidaan tehokkaasti valjastaa tekoälyinnovaatioiden ja pilvipohjaisten palveluiden tarpeisiin. Tekoälyyn liittyvien datarikkaiden sovellusten lisääntyvä kysyntä edellyttää tietoliikenneverkkoa, joka kykenee käsittelemään suuria tietomääriä alhaisella viiveellä, kirjoittaa Orange Businessin kumppaniratkaisuista vastaava Carl Hansson.
Euroopan unioni ottaa merkittävän askeleen avaruusteknologian kehittämisessä allekirjoittamalla sopimuksen uuden IRIS²-satelliittijärjestelmän toteuttamisesta. Tämä 290 satelliitin verkko on suunniteltu vahvistamaan Euroopan itsenäisyyttä ja turvallista yhteydenpitoa.
Jotta voidaan vastata uuden teknologian vaatimuksiin ja pitää järjestelmät toimimassa ”kellon tavoin”, on aika harkita ajoitusratkaisuja uudelleen. Tässä kaksiosaisessa "Precision Timing" -artikkelissa opit, miksi mikroelektromekaanisiin järjestelmiin eli MEMS-komponentteihin perustuvat piiajoituslaitteet päihittävät kvartsin elektroniikkasuunnittelun uudella aikakaudella. 
Matalatehoisten langattomien ratkaisujen asiantuntija Nordic Semiconductor ja eSIM-ratkaisuja kehittävä Kigen ovat julkistaneet yhteistyön, joka sujuvoittaa massiivisten IoT-verkkojen käyttöönottoa. Yhdessä he esittelevät CES 2025 -messuilla ratkaisun, joka yhdistää Nordic Semiconductorin nRF9151-moduulin ja Kigenin SGP.32 IoT eSIM-teknologian sekä laitteiden hallinta-alustan.
