FM-радиопередатчик может быть еще меньше
 Изображение миниатюрного радиопередатчика, созданного учеными из США на основе листа графена. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Графен представляет собой плоский лист атомов углерода, расположенных в узлах гексагональной кристаллической решетки. С момента своего открытия в 2004 году этот «чудо-материал» продолжает удивлять ученых постоянно пополняющимся списком уникальных электронных и механических свойств, в частности, высокой электропроводностью и исключительной механической прочностью. Некоторые ученые считают, что в будущем графен может заменить кремний в качестве основного материала, применяемого в электронной промышленности.
Графен идеально подходит для изготовления наноэлектромеханических систем (НЭМС) – уменьшенных версий микроэлектромеханических систем (МЭМС), которые активно используются в сфере вибрационного зондирования. Новое устройство, предложенное группой ученых из Columbia University (США), представляет собой наномеханический вариант электронного компонента, известного, как управляемый напряжением генератор. Оно генерирует частотно-модулированный сигнал с несущей частотой около 100 МГц. Эта частота расположена как раз в середине бытового FM-радиодиапазона (от 87,7 до 108 МГц), так что первым сигналом, который был закодирован при помощи устройств, стала музыка, которую ученые смогли прослушать при помощи обычного бытового FM-приемника.
Устройство, представленное учеными, состоит из листа графена, соединенного с электродами стока и истока, который свободно размещается на поверхности металлического затвора. В этой конфигурации постоянное напряжение затвора тянет графен вниз и регулирует механическую резонансную частоту листа. Соответственно, радиочастотный сигнал заставляет лист графена вибрировать. Кроме того, задействуется постоянное напряжение смещения на графене, т.е. вибрируя, он действует, как транзистор, у которого емкость затвора постоянно меняется. Именно это формирует переменный ток с радиочастотой от истока к стоку.
Стоит отметить, что представленное устройство имеет гораздо меньшие размеры, нежели любой другой источник радиосигнала, созданный до сих пор человеком. Это важное достижение, поскольку до недавнего времени радиопередатчики и устройства для обработки радиочастотных сигналов относились к числу устройств, плохо поддающихся миниатюризации, несмотря на постоянное сокращение размеров электронных компонент. Традиционные радиопередатчики обязательно должны располагаться вне основного чипа; они требуют много места и электрической энергии, а их частота не может легко настраиваться. Вопреки обычной практике, предложенное устройство на основе графена можно разместить на том же чипе, что используется для обработки данных. При этом несущую частоту радиопередатчика можно легко настроить в широком спектральном диапазоне, благодаря высокой механической прочности графена.
Хотя графеновое наномеханическое устройство не может целиком заменить обычные радиопередатчики, оно может использоваться в некоторых беспроводных инструментах для обработки сигналов. Уже сейчас исследовательская группа занята установкой радиопередатчика в реальную интегральную схему. В перспективе ученые также надеются повысить производительность своих осцилляторов и снизить уровень шума устройства.
Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
Также по теме:
- Ученые получили новые свойства графена, благодаря его объединению с нитридом бора
- Неспаренный спин придает графену магнитные свойства
- Предложен способ «плотной упаковки» листов графена
- Графен позволяет создать «плазмонный сендвич» с субнанометровым разрывом
- Поверхностные плазмоны позволяют найти границы отдельных фрагментов в графене
Источники: