Elektriska signaler som sänds vid höga frekvenser förlorar ingen energi när de passerar genom "undermaterialet" grafen, har en studie ledd av Plymouth University visat.
Upptäcktes 2004, grafen – som bara mäter en atom i tjocklek och är cirka 100 gånger starkare än stål – har identifierats ha en rad potentiella användningsområden inom teknik- och hälsosektorerna.
Nu har forskning visat att grafen överträffar alla andra kända material, inklusive supraledare, när du bär högfrekventa elektriska signaler jämfört med likström, i huvudsak sänder signaler utan någon ytterligare energiförlust.
Och eftersom grafen saknar bandgap, som gör att elektriska signaler kan slås på och av med hjälp av kisel i digital elektronik, akademiker säger att det verkar mest tillämpbart för tillämpningar som sträcker sig från nästa generations höghastighetstransistorer och förstärkare för mobiltelefoner och satellitkommunikation till ultrakänsliga biologiska sensorer.
Studien leddes av Dr Shakil Awan, en lektor vid School of Computing, Elektronik och matematik vid Plymouth University, tillsammans med kollegor från Cambridge och Tohoku (Japan) universitet och Nokia Technologies (Cambridge, STORBRITANNIEN).
Dr Awan sa:
"En noggrann förståelse av grafens elektromagnetiska egenskaper över ett brett frekvensområde (från likström till över 10 GHz) har varit en viktig strävan för flera grupper runt om i världen. Inledande mätningar gav motstridiga resultat med teorin eftersom grafens inneboende egenskaper ofta är maskeras av mycket större störande signaler från det stödjande substratet, metallkontakter och mätsonder. Våra resultat för första gången bekräftar inte bara grafens teoretiska egenskaper utan öppnar också upp för många nya tillämpningar av materialet inom höghastighetselektronik och biosensing."
Studien, publicerad i IOP 2D Materials Journal, finansierades av EU:s flaggskepp av grafen, EPSRC, ERC och Nokia Technologies, och resultaten utnyttjas nu för att utveckla höghastighets och effektiva lågbrusförstärkare, blandare, strålningsdetektorer och nya biosensorer.
Det senare är fokus för ett treårigt projekt på 1 miljon pund som finansierats av EPSRC för att utveckla högkänsliga grafenbiosensorer för tidig upptäckt av demens (som Alzheimers sjukdom) jämfört med nuvarande metoder.
Grafen är idealiskt lämpad för detta eftersom dess termiska ljud i rumstemperatur är mindre än något annat känt material, möjliggör känslig detektering av små mängder antikropp-antigen-interaktioner för att indikera sannolikheten för en patient att utveckla demens i framtiden.
Dr Alan Colli, från Nokia Technologies, sa:
"Graphene-enheter för nästa generations trådlösa teknologier (upp till och över 10 GHz) utvecklas snabbt. Vår studie har låst upp det grundläggande beteendet hos grafen vid höga frekvenser, vilket kommer att vara väsentligt vid design och utvärdering av framtida grafenbaserade trådlösa enheter. Detta har bara möjliggjorts på grund av den multidisciplinära expertisen hos de olika grupperna baserade på Nokia, och i Plymouth, Cambridge och Tohoku universitet."
