IBM Nanoteknik kan förbättra mobiltelefoner

Nanoteknik kan en dag expandera din mobiltelefons sortiment samtidigt som batteriet blir bättre om en prototypstransistor från IBM kommer på marknaden.

Forskare vid företaget använder nanoteknik för att bygga en framtida generation av trådlösa transceiverare som är mycket känsligare än de som hittades i telefoner idag. De kommer också att tillverkas med ett billigare material, enligt IBM. Fångsten är att de nya markerna förmodligen inte kommer att göra det till konsumenternas händer i ytterligare fem eller tio år.

Forskarna, sponsrade av DARPA (US Defense Advanced Research Projects Agency), har byggt prototyptransistorer med den nya material, kallat grafen. Det är en form av grafit som består av ett enda lager kolatomer arrangerade i ett bikakemönster. Grafens struktur gör det möjligt för elektroner att färdas mycket snabbt och ger den större effektivitet än befintliga transceiver-chipmaterial, säger Yu-Ming Lin, en forskaransvarig på IBM i Yorktown Heights, New York. Projektet ingår i DARPAs CERA-program (Carbon Electronics for Radio Frequency Applications).

[Ytterligare läsning: De bästa Android-telefonerna för varje budget.]

IBM tillkännagav torsdag forskarna har uppnått en frekvens på 26 GHz på prototypgrafintransistorer. De transistorer som användes i testet hade en portlängd på 150 nanometer, och forskarna syftar till en 50 nm portlängd som skulle tillåta frekvenser över 1 THz.

Dessa frekvenser ligger långt över vad mobilnätverk använder idag. Det kan finnas militära och medicinska användningar för frekvenser över 1 THz, som att se dolda vapen eller göra medicinsk bildbehandling utan att använda skadliga röntgenstrålar, sade Lin. Till skillnad från en röntgen skulle frekvenserna i terahertzområdet vara lägre än frekvensen av synligt ljus, så det skulle inte ha samma strålningsfare, sa han.

Men vid konventionella frekvenser kunde grafenbaserade transceivers göra både Mobiltelefoner och basstationer är känsligare och bättre kan ta upp svaga signaler. Nyckeln är signal-brus-förhållande, eller kan skilja radiosignalen från de andra vågorna runt den. På ett visst avstånd kan en telefon med bättre signal / brus-förhållande dra nytta av signalen tillgänglig från närmaste celltorn. En mer känslig telefon kan till och med fungera i områden där dagens telefoner inte kan, sade Lin. Dessutom förbrukar grafenchips mindre ström än dagens mobiltelefoner, så batterierna kan vara längre, sade Lin.

Flera specialmaterial har använts i högfrekventa radioer, bland annat galliumarsenid, germanium och indiumfosfid. Grafen är ett billigare alternativ som kan fungera vid högre frekvenser än de som han sa. Det är en tvådimensionell substans gjord av kol, vilket Lin jämfört med en oöppnad nanorör.

Mobiltelefonföretag beslutar definitivt att ge användarna bättre signaler och längre batterilivslängd samt att minska kostnaderna, säger Gartner-analytiker Stan Bruederle. Faktum är att mobiloperatörer tvingas lägga upp fler basstationer för att få tillräckligt nära för abonnenter för att leverera de höga datahastigheter som de letar efter med 3G-tjänster (tredje generationens). Känsligare radioapparater kan lindra den bördan. Men det finns ingen garanti för att de kommer att hoppa på grafenchips som den bästa lösningen, säger Bruederle.

En nuvarande trend är att använda befintlig CMOS-teknik (komplementära metalloxidhalvledare) för transceivers och integrera dem med andra mobiltelefonkomponenter i ett chip. Detta sänker kostnaderna genom både integration och användning av en högvolymsteknologi, säger Bruederle. Att konkurrera mot den här typen av processer, skulle Graphene förmodligen inte göra det på marknaden för närmare tio år, säger han.

"Det är uppenbart att CMOS börjar möta vissa utmaningar", fortsatte Bruederle. "Men ingenjörerna är otroligt innovativa. Det är ett rörligt mål."

(Ytterligare rapportering av Agam Shah i San Francisco.)