• Eesti Füüsika Selts
    • Eesti Füüsika Selts
    • Eesti füüsikapäevad ja füüsikaõpetajate päevad
      • 2017.a. füüsikapäevad
      • 2016.a. füüsikapäevad
      • 2015. a. füüsikapäevad
      • 2003.a. füüsikaõpetajate päev
    • EFS Täppisteaduste Suve- ja Sügiskoolid
      • 2017.a. sügiskool
      • 2016.a. sügiskool
      • 2015.a. sügiskool
      • 2014.a. sügiskool
      • 2013.a. suvekool
      • 2013.a. sügiskool
      • 2012.a. suvekool
      • 2012.a. sügiskool
      • 2011. a. suvekool
      • 2010. a. suvekool
      • 2010.a. sügiskool
      • 2009.a. sügiskool
      • 2008.a. suvekool
      • 2008.a. sügiskool
      • 2007. a. suvekool
      • 2007.a. sügiskool
      • 2006.a. suvekool
      • 2005.a. suvekool
      • 2005.a. sügiskool
      • 2004.a. suvekool
      • 2004.a. sügiskool
    • Füüsika õpetajate sügisseminarid Voorel
      • Voore 2017
      • Voore 2015
      • Voore 2011
      • Voore 2009
    • EFS aastaraamatud
    • Teadusbuss
    • Teaduslaagrid
    • FKB õpikojad
    • Akadeemiline füüsikaolümpiaad
    • Tähe perepäevad TÄPE

FYYSIKA.EE

Elu, loodus, teadus ja tehnoloogia

  • Arvamus ja Inimesed
    • Arvamus
    • Persoon
  • Eestist endast
    • Teated
  • Teadusuudised
    • Eesti teadusuudised
      • Tartu Ülikool
      • KBFI
      • Tallinna Tehnikaülikool
      • Tõravere Observatoorium
    • FYYSIKA.EE hoiab silma peal – Teemad
    • Referaadinurgake
    • Päevapilt
  • RSS teletaip
    • RSS Füüsikaharidus
    • RSS Kosmos
    • RSS Teadus
    • RSS Arvamus
    • RSS Tehnoloogia
  • Füüsika koolis
    • Füüsikaõpetajate võrgustik
    • TÜ koolifüüsika keskus
    • EFS füüsikaõpetajate osakond
    • Eesti füüsikaolümpiaadid
    • Videod ja simulatsioonid
    • Füüsika e-õpikud
    • Lahedad projektid
  • Kontakt

Maailma väikseim FM raadiosaatja

10.12.2013 by Uku Püttsepp Leave a Comment

Ameerika SEAS ülikooli professorite juhitud töörühm valmistas grafeenist nanomehaanilise ostsillaatori, mis võib edastada sagedusmoduleeritud raadiosignaale – teisisõnu leiutati maailma väikseim FM raadiosaatja. Tööd kajastav artikkel avaldati teadusajakirja Nature Nanotechnology 17. novembri veebiväljaandes.

On 13. mai, 1897. Briti postiameti ametnikud kontrollivad Flat Holmi saarel Guglielmo Marconi raadiojaama. Pildil on morsemasin, sädelahendusega raadiosaatja ning vastuvõtja. Tol päeval sooritati inimajaloo esimene ülemere raadioside Flat Holmi ning Lavernock Pointi vahel. Side distantsiks loeti 4,83 km. Raadiojaama patendi sai Marconi aasta varem. Enam kui sada aastat hiljem mahub raadiosaatja inimesele küüne alla. Allikas: Wikipedia.

„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.“

Grafeen on ühe aatomkihi paksune kristalse süsiniku allotroop, mille vahest äratuntavaim kuvand on heksagonaalse korrastatusega aatomvõre. Materjaliteadlastele pakuvad grafeeni välimusest enam huvi materjali füüsikalised omadused ning nende sihtotstarbeline kasutamine. Grafeen on tugevamaid teadaolevaid materjale. Selle Youngi moodul (iseloomustab materjali molekulide ja  aatomite vaheliste sidemete jõudu[1]) on 1 TPa (1012 Pa). Näiteks terase ja hambaemaili Youngi moodulid on vastavalt 0,2 TPa ning 0,083 TPa. Lisaks on grafeen väga hea soojus- ja elektrijuht. Veelgi enam, pingutamata grafeenlehe võib ühes sihis deformatsioonivabalt venitada kuni 20 %. Sestap sobib grafeen hästi nanoelektromehaaniliste süsteemide (nanoelectromechanical systems, NEMS) valmistamiseks.

Mikro- ja nanoelektromehaanika on valdkond, mis tegeleb, nagu nimigi ütleb, hästi väikeste elektromehaaniliste masinate valmistamisega. Neid kasutatakse näiteks mobiiltelefonide vibratsiooni- ja kiirendusandurites, millega tuvastatakse telefoni kaldenurk.

Pingutatud grafeenlehe asetamine ostsillaatori tagasisideahelasse põhjustab spontaanse omasagedusliku ostsillatsiooni. Sagedust saab lehe pingutamisega muuta, sestap ka soovitud signaali sagedusmoduleerida.

SEAS 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.

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

Viited:

1 – Kautlenbach, Sven (2011). Autonoomne seade elastsusmooduli mõõtmiseks, bakalaureusetöö, lk 3, külastatud 09.12.13, link.

Teised selle mõtteraja postitused

  1. Topoloogilised isolaatorid pakuvad toatemperatuursele spintroonikale uusi arenguteid
  2. Kahksikkiht grafeentransistoril parem vooluvõimendustegur
  3. Veelgi huvitavam grafeen
  4. Defektid võivad grafeensensoreid paremaks muuta
  5. Grafeeni valmistamine madalal temperatuuril
  6. Grafeenmullikestest läätsed
  7. Terahertsise sagedusega leviva kiirguse ohjamine grafeeni abil
  8. Isejoonduvate grafeenitransistoride ja vooluahelate valmistamine areneb
  9. Mitmekihiline grafeen püsib jahedana
  10. Grafeenist nanorullid

Filed Under: Teadusuudised Tagged With: Grafeen&Grafaan

Leave a Reply Cancel reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

FYYSIKA.EE hoiab silma peal

biofüüsika Elementaarosakesed ja LHC eksperiment Grafeen&Grafaan Inimene kosmos maa IPhO2012 Kauged planeedid Kliima‑ ja ilmaennustused Kuidas saada nähtamatuks Kvantarvutid kvantnähtused Kütuseelemendid Maavälise elu otsingud Magnetmaterjalid Materjalimaailm nanotehnoloogia Saagu valgus Tehnovidinad Tulevikuenergia Tumeenergia ja tumeaine Tuumafüüsika Vaata sissepoole ülijuhid

Värskemad kommentaarid

  • weat5her { Vastavalt voistluse tulemustele arvatakse juulis Sveitsis toimuva rahvusvahelise fuusikaolumpiaadi Eesti voistkonna liikmeteks Kristjan Kongas, Taavet Kalda, Kaarel Hanni, Jonatan Kalmus ja Richard Luhtaru. }
  • lambda { Huvitav ja informatiivne ülevaade astrofüüsika hetkeseisu kohta. Paar väikest apsu tõid tõsisele tekstile lõbusat vaheldust ja panid peas helisema lambada-rütmid, kui lugesin, et „varsti hakkasid... }
  • test { Mis kell see seminar siis on kah? }
  • Aigar { YYSIKA.EE planeerib ühe sellise palli lennutamist 22. aprillil 2015.a. - Kuidas läks? }

Sõbrad Facebook'is

Meid toetavad:

Copyright © 2023 · News Pro Theme on Genesis Framework · WordPress · Log in