Самый маленький в мире FM-передатчик

Представьте, что вся электроника мобильного телефона помещается в модуль размером с песчинку. Скоро это станет возможным, если миниатюризация компонентов продолжится такими же темпами.

В школе инженерных и прикладных наук Columbia Engineering (Нью-Йорк) использовали особые свойства графена — механическую прочность и электропроводность — для разработки наноэлектромеханической системы (NEMS), которая генерирует FM-радиосигнал. Модуль настолько мал, что его можно спокойно внедрить в центральный процессор (SoC) телефона.

Современные мобильные телефоны мощнее, чем суперкомпьютеры прошлого, которые занимали целую комнату. Миниатюризация продолжается, но некоторые аналоговые компоненты гораздо труднее поддаются этому. Они потребляют много энергии и часто нуждаются в дублировании систем для работы на разных частотах.

Микросхемы MEMS помогли решить проблему с миниатюризацией гироскопов и других аналоговых сенсоров, которые улавливают вибрацию и ускорение смартфонов и планшетов, помогая программным приложениям определять, когда пользователь повернул или наклонил устройство. Теперь графеновые передатчики NEMS помогут решить проблемы с миниатюризацией радиокомпонентов: их тоже можно будет внедрить в обычную кремниевую микросхему.

«Важность работы заключается в том, что она показывает результаты использования графена, которых невозможно достичь с помощью обычных материалов, — говорит профессор Джеймс Хоун (James Hone), один из авторов научной работы. — И это важный шаг в развитии технологий беспроводной обработки сигнала и создании ультратонких, эффективных мобильных телефонов. Наши устройства гораздо меньше, чем любые другие источники радиосигнала, и их можно внедрить в те же микросхемы, которые используются для обработки данных».

На фотографии — материнская плата телефона Nokia 3310 образца 1999 года.

С момента выпуска этого аппарата большинство компонентов на фотографии значительно уменьшились в размерах. Использование наноэлектромеханических систем на базе графена способно ещё сильнее уменьшить количество аналоговых деталей: их функции переместятся на чип.

На этом пути предстоит ещё много работы, но создание графенового FM-передатчика — это важный первый шаг. Учёные сделали его, используя физическое свойство графеновой поверхности к растяжению под воздействием электричества. Они сконструировали наномеханическую версию генератора, управляемого напряжением (ГУН). При помощи ГУН легко генерировать FM-сигнал, который используется в радиовещании. Группа исследователей сконструировали NEMS, работающий на частотах около 100 МГц, что находится в середине стандартного FM-диапазона в радиовещании.

Для модуляции радиосигнала использовались низкочастотные звуки, полученные путём проигрывания песен на iPhone. Во время одного из первых испытаний NEMS транслировалась песня Gangam Style (wav-файл). Хотя передача сопровождается сильным шумом, но музыка звучит вполне отчётливо.

Научная работа опубликована 17 ноября в журнале Nature Nanotechnology.