Este trabalho, publicado na prestigiosa revista ACS Nano , é um grande exemplo de colaboração promovida pelo ecossistema Graphene Flagship. Contou com a participação de diversas instituições parceiras da Graphene Flagship como o CNIT e o Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), na Itália, o Cambridge Graphene Center da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, e o Graphene Flagship Associated Member e spin-off do CamGraphIC. Além disso, o grafeno Flagship ligada terceiro INPHOTEC partido e pesquisadores do Instituto Tecip na Itália desde que o grafenofabricação de circuitos integrados fotônicos. Por meio do Pacote de Trabalho de Integração em Escala Wafer e Projetos Spearhead, como Metrograph, o Graphene Flagship promove a colaboração entre a academia e as principais indústrias para desenvolver protótipos e produtos de alta tecnologia de prontidão, até que possam alcançar a exploração no mercado.
A nova técnica de fabricação é possibilitada pela adoção de matrizes de grafeno de cristal único. "Tradicionalmente, quando se visa a integração em escala de wafer, cresce uma camada do tamanho de uma pastilha de grafeno e depois a transfere para o silício", explica Camilla Coletti, coordenadora dos Laboratórios de Grafeno do IIT, que co-liderou o estudo. "Transferir uma camada de grafeno com a espessura de um átomo sobre wafers enquanto mantém sua integridade e qualidade é um desafio", acrescenta. “A técnica de semeadura, crescimento e transferência de cristais adotada neste trabalho garante grafeno de alta mobilidade em escala de wafer exatamente onde é necessário: uma grande vantagem para a fabricação escalável de dispositivos fotônicos como moduladores”, continua Coletti.
Estima-se que, em 2023, o mundo verá mais de 28 bilhões de dispositivos conectados, a maioria dos quais exigindo 5G. Esses requisitos desafiadores exigirão novas tecnologias. "Silício e germânio por si só têm limitações; no entanto, o grafeno oferece muitas vantagens", diz Marco Romagnoli, do parceiro da Graphene Flagship CNIT, terceiro vinculado ao INPHOTEC, e membro associado CamGraphiC, que co-liderou o estudo. “Esta metodologia nos permite obter mais de 12.000 cristais de grafeno em um wafer, combinando com a configuração e disposição exatas de que precisamos para dispositivos fotônicos habilitados para grafeno”, acrescenta. Além disso, o processo é compatível com os sistemas de fabricação automatizados existentes, o que irá acelerar sua aceitação e implementação industrial.
Em outra publicação na Nature Communications , pesquisadores dos parceiros da Graphene Flagship CNIT, Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), na Itália, Nokia - incluindo suas equipes na Itália e na Alemanha, o terceiro vinculado ao Graphene Flagship INPHOTEC e pesquisadores da Tecip, usaram esta abordagem para demonstrar uma implementação prática: "Usamos nossa técnica para projetar fotodetectores de grafeno de alta velocidade", diz Coletti. “Juntos, esses avanços irão acelerar a implementação comercial de dispositivos fotônicos baseados em grafeno”, acrescenta ela.
Dispositivos fotônicos habilitados para grafeno oferecem várias vantagens. Eles absorvem a luz ultravioleta para o infravermelho distante - isso permite comunicações de banda ultravioleta. Os dispositivos de grafeno podem ter uma mobilidade ultra-alta de portadoras - elétrons e lacunas - permitindo a transmissão de dados que excede as redes Ethernet de melhor desempenho, quebrando a barreira de 100 gigabits por segundo.
Reduzir as demandas energéticas de telecom e datacom é fundamental para oferecer soluções mais sustentáveis. Atualmente, as tecnologias de informação e comunicação já são responsáveis por quase 4% de todas as emissões de gases de efeito estufa, comparável à pegada de carbono da indústria aérea, projetada para aumentar para cerca de 14% até 2040. “No grafeno, quase toda a energia da luz pode ser convertido em sinais elétricos, o que reduz enormemente o consumo de energia e maximiza a eficiência ”, acrescenta Romagnoli.
Frank Koppens, líder da capitânia do grafeno para fotônica e optoeletrônica, afirma: "Esta é a primeira vez que o grafeno de alta qualidade foi integrado na escala do wafer. O trabalho mostra relevância direta ao revelar moduladores de absorção de alto rendimento e alta velocidade. Essas conquistas impressionantes aproximam muito a comercialização de dispositivos de grafeno nas comunicações 5G. "
Andrea C. Ferrari, Oficial de Ciência e Tecnologia do Graphene Flagship e Presidente de seu Painel de Gestão acrescentou: "Este trabalho é um marco importante para o Graphene Flagship. Uma estreita colaboração entre parceiros acadêmicos e industriais finalmente desenvolveu um processo em escala de wafer para integração do grafeno. A fundição de grafeno não é mais um objetivo distante, mas começa hoje.".
S. Marconi et al. Detector de efeito fototérmico de grafeno com detecção direta de 105 Gbit s − 1 NRZ e 120 Gbit s − 1 PAM4, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038 / s41467-021-21137-z
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