Grafeen geknipt voor razendsnel internet

Date: 22 December 2017

Introduction: Ben Van Duppen (UAntwerpen) plaveit samen met internationale collega's de weg voor een succesvol internet of things.

Het flinterdunne materiaal grafeen kan ervoor zorgen dat het internet enkele duizenden keren sneller wordt. Door het materiaal op te knippen in zeer smalle strookjes ontdekten onderzoekers van onder meer de Universiteit Antwerpen een nieuw effect dat fiberinternet een stevige boost kan geven.

Straks is zowel je koffiezet, je grasmaaier als je auto aangesloten op het wereldwijde web. Het zogenaamde internet of things staat voor de deur en belooft ons leven grondig te veranderen. Cruciaal hiervoor is dat al deze apparaten vlot met elkaar kunnen communiceren. Je koffiezet moet immers van je smartphone te horen krijgt wanneer je van plan bent om op te staan. Die toestellen werken dus niet op zichzelf. Ze worden aangestuurd door verschillende apps, die dan ook nog eens draaien op verschillende grote servers. Om al die informatiestromen vlot te kunnen laten verlopen is dus zeer snel internet nodig.

“We hebben een volkomen nieuw fenomeen ontdekt dat fiberinternet veel sneller kan maken”, zegt dr. Ben Van Duppen, fysicus op de Universiteit Antwerpen. Van Duppen won in oktober nog de Vlaamse PhD Cup voor zijn onderzoek naar een nieuwe soort zuinige en snelle smartphone met behulp van grafeen. “We hadden al ontdekt dat grafeen, het dunste materiaal ter wereld, zeer goed is in het spelen met laserlicht. Dus probeerden we ook de lasers die in internetkabels gebruikt worden, te manipuleren. Dankzij grafeen kunnen we dat laserlicht aansturen met een snelheid die tienduizend keer hoger ligt dan mogelijk is met traditionele technieken.”

Lasers vermengen zich
Het unieke idee kwam van onderzoekers van het prestigieuze National Graphene Institute uit Manchester. Ze knipten een vlokje grafeen in zeer smalle strookjes van zo’n vijftig nanometer, een duizendste van een mensenhaar. Vervolgens schenen ze met twee lasers tegelijk op de strookjes. “Twee laserstralen schijnen normaal gezien gewoon door elkaar heen,” legt Van Duppen uit. “Maar daar hebben we nu verandering in gebracht. Door de lasers op de smalle strookjes te richten, werden ze zich plots bewust van elkaar en werden ze vermengd.”

Doordat de lasers zich vermengen, kan je bits en bytes van de ene laserbundel op de andere overdragen. Hierdoor kan je internetsignalen maken die duizenden keren meer informatie bevatten dan mogelijk is met de elektrische technieken die men vandaag gebruikt voor fiberinternet.

De experimenten werden uitgevoerd in het lab in Manchester dat geleid wordt door de Nobelprijswinnaars die het fascinerende materiaal grafeen dertien jaar geleden ontdekten. Maar om het nieuwe fenomeen te kunnen begrijpen, deden de onderzoekers beroep op een team van theoretici uit Genua, Pisa en Antwerpen. “We wisten meteen dat we met een volledig nieuw fysisch fenomeen te maken hadden toen we de experimentele resultaten kregen”, vertelt Van Duppen. “Het signaal dat in Manchester gemeten werd, was vele malen sterker dan je zou verwachten.”

Dit maakt het nieuwe fenomeen des te interessanter voor alle mogelijke toepassingen, maar de onderzoekers wilden uiteraard begrijpen wat er aan de hand was. “Uit onze studie blijkt dat het belangrijk is dat je het grafeen opknipt in strookjes die exact de juiste breedte hebben,” gaat Van Duppen verder. “Enkel indien de breedte correct is, kunnen de strookjes een van de twee lasersignalen vangen en vermengen met de andere laser.”

Grafeen is dus letterlijk en figuurlijk geknipt om internetcommunicatie te boosten. Het onderzoek is recent verschenen in het vaktijdschrift Nano Letters. Het team hoopt dat hun onderzoek nieuwe wegen opent voor het razendsnelle internet en zo de toekomst van the internet of things mee mogelijk maakt.

Ben Van Duppen
Ben Van Duppen (UAntwerpen) 



Redirect: http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.7b04114