Maailma väikseim FM raadiosaatja mahub nüüd inimesele juba sõrmeküüne alla
Tööd kajastav artikkel avaldati teadusajakirja Nature Nanotechnology 17. novembri veebiväljaandes.
„Nii väikest raadiosaatjat saab praegu valmistada vaid grafeenist,“ ütles James Hone, üks artikli autoreist. „See on esimene oluline samm juhtmevaba andmetöötluse ning üliõhukeste mobiiltelefonide poole, sest väikese raadiosaatja saab koos ülejäänud infotöötluslülitustega samasse kiipi ehitada.“
Pingutatud grafeenlehe asetamine ostsillaatori tagasisideahelasse põhjustab spontaanse omasagedusliku ostsillatsiooni. Sagedust saab lehe pingutamisega muuta, sestap ka soovitud signaali sagedusmoduleerida.
Paar mikromeetrit pikk grafeeni riba
Columbia ülikooli töörühma valmistatud nanoelektromehaanilise raadiosaatja põhiosis on vastavalt soovitud sagedusele pingutatud paar mikromeetrit pikk grafeeni riba. Kile pingutatakse selle alla asetatud elektroodiga, millele on rakendatud elektripinge. Mida suurem pinge, seda tugevam elektriväli, seda suurem riba elektroodi poole tõmbav jõud ning seda lühem võnkumise periood. Üldiselt nimetatakse sellist masinat pingega reguleeritud ostsillaatoriks.
Katsetes, muuhulgas edastati raadioeetrisse nutitelefonilt muusikat, kasutati edastussagedust 100 MHz (106 Hz), mis on üle maailma raadiosaadetele määratud sagedusvahemiku, 87,7 – 108 MHz, keskosas. Palad moduleeriti madalsageduslike signaalidega. Vastuvõtjana kasutati tavalist raadiot.
„Nii väiksest masinast pole veel FM raadiolaineid välja tulnud,“ ilmestas Hone.
Tavalist raadiot ei asenda
Grafeenist nanoelektromehaanilised masinad ilmselt tavaraadioid asendama ei hakka, sest need pole piisavalt võimsad. Ent arvutikiibi sees pole vahemaad kuigi pikad ning saatja võimsusvajadus on selle võrra väiksem.
„Elektroonikaseadmed lähevad üha kiiremaks ning väiksemaks. Moore’i seadus peab hämmastava täpsusega paika. Kunagi mahtusid paremad arvutid napilt tuppa. Nüüd on sama ning etemgi arvutusvõimsus nutitelefonides, otse peopesal. Raadiosaatjaid on aga keeruline väiksemaks teha, sest nende analoogkomponendid võtavad palju ruumi ning tarbivad palju elektrienergiat. Lisaks ei saa enamikke neist komponentidest kuigi laias sagedusvahemikus häälestada. Kogu vajaliku spektri katmiseks on tarvis mitut eri saatjat,“ seletas töö teine autor Kenneth Shepard.
Grafeenist nanoelektromehaaniline ostsillaator on aga kompaktne ning hõlpsasti olemasolevate kiipidega integreeritav. Lisaks on ostsillaatoril avar kiirgusspekter, eeskätt grafeeni tugevuse tõttu.
„Homme veel meie saatjat poest osta ei saa, ka ülehomme mitte. Paljud tööd seisab ees,“ täpsustas Hone. “Praegu oleme teinud olulise esmasammu. Grafeeni rakenduslik kasutamine ei ole olnud teadusmaailmas kerge protsess. Sestap on iga selline saavutus erilise tähendusega. Iseäranis huvitav võiks meie töö olla inseneridele.“
Hone ja Shepard töötavad nüüd ostsillaatorist müra eemaldamisega.
Allikad: Phys.org, Wired, Engineering.columbia.edu