I dispositivi fotonici integrati basati su grafene forniscono una soluzione unica per le comunicazioni ottiche di nuova generazione: lo hanno dimostrato i ricercatori della Graphene Flagship, una delle più grandi iniziative di ricerca della Commissione Europea.
Le proprietà del grafene consentono comunicazioni a banda ultralarga e un basso consumo energetico. Ciò cambia radicalmente il modo in cui i dati vengono trasmessi attraverso i sistemi di comunicazione ottica, rendendo i dispositivi integrati nel grafene l’ingrediente chiave per l’evoluzione del 5G, dell’Internet of Things (IoT) e dell’Industria 4.0. I risultati sono stati pubblicati su Nature Review Materials e messi in evidenza in copertina.
“Poiché le tecnologie convenzionali dei semiconduttori si stanno avvicinando ai propri limiti fisici, dobbiamo esplorare tecnologie completamente nuove per realizzare le nostre più ambiziose visioni di una società interconnessa globale”, spiega Wolfgang Templ, manager of the Radio Transceiver Research Group presso Nokia Networks in Germania, realtà partner della Graphene Flagship. “Il grafene promette un significativo passo in avanti nelle prestazioni dei componenti chiave per le comunicazioni ottiche e radio oltre i limiti prestazionali delle attuali tecnologie dei componenti convenzionali basate sui semiconduttori.”
Paola Galli, di Nokia Italia, concorda: “L’utilizzo del grafene nella fotonica offre una combinazione di vantaggi che costituiranno un game changer. È necessario esplorare nuovi materiali per andare oltre i limiti delle attuali tecnologie e soddisfare i bisogni di capacità delle reti future.”
La Graphene Flagship presenta la propria visione del futuro della fotonica integrata basata sul grafene e fornisce strategie per migliorare il consumo energetico, la producibilità e l’integrazione su scala wafer. All’interno di questa pubblicazione, i partner della Graphene Flagship forniscono anche una tabella di marcia che mostra quando i dispositivi fotonici basati su grafene supereranno i requisiti tecnologici per consentire l’evoluzione dei mercati dei dati e delle telecomunicazioni guidati da 5G, IoT e Industria 4.0. “Il grafene integrato in un circuito fotonico è una tecnologia scalabile e a basso costo in grado di gestire i collegamenti in fibra ad altissime velocità di trasmissione dati”, ha dichiarato Marco Romagnoli, di CNIT, il Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Telecomunicazioni, partner della Graphene Flagship.
Antonio D’Errico ricercatore di Ericsson Research a Pisa, partner della Graphene Flagship, spiega come “il grafene per la fotonica abbia il potenziale di cambiare la prospettiva dell’ICT in modo dirompente”. “Questo articolo pubblicato su Nature Reviews Materials spiega come abilitare nuove reti ottiche ricche di funzionalità. È molto importante che questa informazione fondamentale sia ora disponibile e accessibile a chiunque sia interessato in tutto il mondo.”
Questa partnership, che comprende aziende e centri di ricerca in cinque diversi paesi europei tra cui ll’Italia, ha prodotto la visione definitiva per il futuro dell’integrazione del grafene nella fotonica. Il team coinvolge ricercatori di CNIT, Ericsson Italia, IMEC, Nokia, Nokia-Bell Labs, AMO, ICFO e dell’Università di Cambridge. Queste collaborazioni sono il fulcro della Graphene Flagship, istituito dalla Commissione europea per supportare la commercializzazione del grafene e dei materiali correlati fino al 2023.
“La Graphene Flagship è un ecosistema unico nel quale i partner provenienti dal mondo industriale e accademico lavorano insieme per un periodo più lungo di un normale progetto UE. Questa sinergia di lunga durata produce risultati senza precedenti sia in campo scientifico che per quel che riguarda l’innovazione”, commenta Romagnoli.
“La collaborazione tra le aziende e il mondo accademico è fondamentale nel lavoro esplorativo di una tecnologia dei componenti completamente nuova. La ricerca in questa fase comporta rischi significativi che possono essere principalmente sostenuti dal mondo accademico. Il settore industriale può svolgere un ruolo guida nelle prime fasi di sviluppo e quindi eseguire l’integrazione e la caratterizzazione a livello di sistema”, aggiunge Wolfgang Templ, researcher di Nokia. “Grazie a uno scambio reciproco di informazioni possiamo quindi perfezionare la tecnologia e prendere in considerazione tutti i requisiti per una futura industrializzazione e produzione di massa di componenti basati su grafene.”
Allo stato dell’arte, l’utilizzo del grafene per la fotonica offre vantaggi sia per quel che riguarda le prestazioni, sia per ciò che concerne la produzione. Il grafene può garantire modulazione, rilevamento e prestazioni di commutazione che soddisfano tutti i requisiti per la futura evoluzione nella produzione di dispositivi fotonici. “Puntiamo a ricetrasmettitori ottici altamente integrati che permetteranno bit rate elevati ben oltre un terabit al secondo per canale ottico. Questi sistemi mirati si differenziano dai loro predecessori basati sui semiconduttori per minore complessità, dissipazione di energia e form factor che vanno di pari passo con una maggiore flessibilità e accordabilità”, spiega Templ.
Daniel Neumaier di AMO GmbH, partner della Graphene Flagship, leader della Graphene Flagship Division on Electronics and Photonics Integration aggiunge: “I link di comunicazione ottica diventeranno sempre più importanti nel 5G per supportare le elevate velocità di trasmissione dati necessarie su tutti i nodi. I componenti ottici basati sul grafene integrati su una piattaforma di silicio saranno in grado di fornire sia un aumento delle prestazioni sia un processo di produzione a basso costo, pertanto ci si aspetta che diventino componenti chiave nell’era del 5G.”
“Questo articolo spiega chiaramente come l’utilizzo di un approccio integrato del grafene e della fotonica basata sul silicio sia in grado di soddisfare e superare i requisiti previsti relativi alla velocità di trasmissione dei dati nei futuri sistemi di telecomunicazione”, afferma Andrea Ferrari, professore alla University of Cambridge, Science and Technology Officer di Graphene Flagship e Chair del Management Panel. “L’avvento dell’Internet of Things e dell’era del 5G rappresentano opportunità uniche per il grafene di dimostrare il suo massimo potenziale”, conclude.
“Questo articolo spiega chiaramente come l’utilizzo di un approccio integrato del grafene e della fotonica basata sul silicio sia in grado di soddisfare e superare i requisiti previsti relativi alla velocità di trasmissione dei dati nei futuri sistemi di telecomunicazione”, afferma Andrea Ferrari, professore alla University of Cambridge, Science and Technology Officer di Graphene Flagship e Chair del Management Panel. “L’avvento dell’Internet of Things e dell’era del 5G rappresentano opportunità uniche per il grafene di dimostrare il suo massimo potenziale”, conclude.
