Najmniejszy na świecie grafenowy nadajnik FM

radio

Zespół naukowców z Columbia University stworzył najmniejszy na świecie transmiter FM, który został wykonany z grafenu. Transmiter FM to urządzenie pozwalające na bezprzewodową transmisję dźwięku do odbiornika FM z wykorzystaniem drogi radiowej.

Grafen, który ciągle nazywany jest materiałem przyszłości został wykorzystany przez inżynierów do skonstruowania prototypowego nanonadajnika FM. Doskonałe właściwości mechaniczne oraz wysokie przewodnictwo elektryczne zostały spożytkowane do budowy systemu nanomechanicznego (z ang. nanoelectromechanical system – NEMS). Wyniki badań oraz artykuł opisujący konstrukcję został opublikowany 17 listopada w internetowym wydaniu czasopisma Nauture Nanotechnology.

Grafen to dwuwymiarowa, płaska struktura złożona z połączonych w sześciokąty atomów węgla. Ze względu na wygląd, jednoatomowa konstrukcja często porównywana jest do plastra miodu. NEMS to kolejny krok w procesie miniaturyzacji urządzeń elektronicznych. Poprzednim etapem były urządzenia MEMS (z ang. micro electro-mechanical systems), czyli zintegrowane układy elektro-mechaniczne, których co najmniej jeden wymiar znajduje się w skali mikro.

Naukowcy wykorzystali grafen do stworzenia kluczowego elementu transmitera FM, czyli generatora sterowanego napięciem (z ang. voltage controlled oscillator, VCO). Generator służy do modulacji częstotliwości (z ang. frequency modulation, FM), co oznacza zmianę częstotliwości fali poprzez zastosowanie odpowiedniego napięcia elektrycznego na wejściu. W typowych nadajnikach radiowych informacje, takie jak muzyka czy słowa w postaci sygnałów elektrycznych konwertowane są przez transmiter na fale radiowe. Za pomocą zewnętrznego źródła napięcia fale mogą być „dostrajane”.

Inżynierowie z Columbia University zbudowali grafenowy VCO do wysyłania i odbierania sygnałów radiowych o częstotliwości 100 MHz. Częstotliwość mieści się w przedziale typowego pasma transmisji radiowej – 87,7 MHz do 108 MHz. Piosenka o tytule „Gagnam Style!” została wykorzystana do modulacji sygnału. Grafenowy nanotransmiter zamienił sygnały dźwiękowe na fale, które zostały wyemitowane przez antenę. Muzyka została odebrana za pomocą zwykłego odbiornika radiowego. Naukowcy stwierdzili, że pozyskany sygnał audio był „wierną kopią” oryginału.

Poprzednie przetworniki MEMS oparte na kryształach kwarcu miały nieporęczne rozmiary, które utrudniały modulację częstotliwości. Urządzenia na bazie grafenu mogą wytwarzać bardzo wysokie częstotliwości bez widocznych naprężeń struktury. Zajmują też dużo mniej miejsca na chipie. Zespół pracuje obecnie nad poprawą wydajności grafenowych oscylatorów oraz redukcją szumów. Kolejnym krokiem będzie integracja VCO z krzemowymi układami scalonymi. Badacze są zdania, że stworzony przez nich transmiter demonstruje wielkie możliwości grafenu w zakresie komunikacji bezprzewodowej. Sugerują również, że w przyszłości podobne urządzenia mogą zostać wykorzystane do budowy bardzo cienkich, wydajnych telefonów.

Źródło:
[1] Graphene mechanical oscillators with tunable frequency. Changyao Chen, Sunwoo Lee, Vikram V. Deshpande, Gwan-Hyoung Lee, Michael Lekas, Kenneth Shepard & James Hone. Nature Nanotechnology (2013) doi:10.1038/nnano.2013.232
[2] http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/extref/nnano.2013.232-s1.pdf | 25.11.2013
[3] http://www.engineering.columbia.edu/smallest-fm-radio-transmitter-0 | 25.11.2013
[4] http://www.redorbit.com/news/technology/1113007254/graphene-basis-smallest-fm-radio-transmitter-111913/ | 25.11.2013
[5] Radio Star… by Fod Tzellos (fodt), flickr.com, CC BY-SA 2.0

Dodaj pierwszy komentarz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *