Uma equipe de pesquisadores da Columbia Engineering, liderado pelo professor de engenharia mecânica James Hone e pelo professor de engenharia elétrica Kenneth Shepard, aproveitou as propriedades especiais do grafeno - sua resistência mecânica e condução elétrica - e criou um sistema nano-mecânico que pode criar sinais FM, na verdade, o menor transmissor de rádio FM do mundo. O estudo foi publicado online em 17 de novembro, no Nature Nanotechnology .

“Este trabalho é significativo na medida em que demonstra uma aplicação do grafeno que não pode ser alcançada com materiais convencionais, "Hone diz." E é um primeiro passo importante no avanço do processamento de sinal sem fio e no design ultrafino, telefones celulares eficientes. Nossos dispositivos são muito menores do que quaisquer outras fontes de sinais de rádio, e pode ser colocado no mesmo chip que é usado para processamento de dados. "

Grafeno, uma única camada atômica de carbono, é o material mais forte conhecido pelo homem, e também tem propriedades elétricas superiores ao silício usado para fazer os chips encontrados na eletrônica moderna. A combinação dessas propriedades torna o grafeno um material ideal para sistemas nanoeletromecânicos (NEMS), que são versões em escala reduzida dos sistemas microeletromecânicos (MEMS) amplamente usados ​​para detecção de vibração e aceleração. Por exemplo, Hone explica, Os sensores MEMS descobrem como seu smartphone ou tablet é inclinado para girar a tela.

Neste novo estudo, a equipe aproveitou a 'elasticidade' mecânica do grafeno para ajustar a frequência de saída de seu oscilador personalizado, criar uma versão nanomecânica de um componente eletrônico conhecido como oscilador controlado por voltagem (VCO). Com um VCO, explica Hone, é fácil gerar um sinal modulado por frequência (FM), exatamente o que é usado para transmissão de rádio FM. A equipe construiu um NEMS de grafeno cuja frequência era de cerca de 100 megahertz, que fica bem no meio da banda de rádio FM (87,7 a 108 MHz). Eles usaram sinais musicais de baixa frequência (tons puros e músicas de um iPhone) para modular o sinal portador de 100 MHz do grafeno, e, em seguida, recuperou os sinais musicais novamente usando um receptor de rádio FM comum.

"Este dispositivo é de longe o menor sistema capaz de criar esses sinais FM, "diz Hone.

Embora o grafeno NEMS não seja usado para substituir os transmissores de rádio convencionais, eles têm muitas aplicações no processamento de sinais sem fio. Explica Shepard, "Devido ao encolhimento contínuo dos circuitos elétricos, conhecido como 'Lei de Moore', os telefones celulares de hoje têm mais poder de computação do que os sistemas que ocupavam salas inteiras. Contudo, alguns tipos de dispositivos, particularmente aqueles envolvidos na criação e processamento de sinais de radiofrequência, são muito mais difíceis de miniaturizar. Esses componentes 'fora do chip' ocupam muito espaço e energia elétrica. Além disso, a maioria desses componentes não pode ser facilmente sintonizada na frequência, exigindo várias cópias para cobrir a faixa de frequências usadas para comunicação sem fio. "

O grafeno NEMS pode resolver ambos os problemas:eles são muito compactos e facilmente integrados com outros tipos de eletrônicos, e sua frequência pode ser ajustada em uma ampla faixa por causa da tremenda resistência mecânica do grafeno.

"Há um longo caminho a percorrer para aplicações reais nesta área, "observa o aprimoramento, "mas este trabalho é um primeiro passo importante. Estamos entusiasmados por ter demonstrado com sucesso como este material maravilhoso pode ser usado para alcançar um avanço tecnológico prático - algo particularmente gratificante para nós como engenheiros."

Os grupos Hone e Shepard agora estão trabalhando para melhorar o desempenho dos osciladores de grafeno para reduzir o ruído. Ao mesmo tempo, eles também estão tentando demonstrar a integração de grafeno NEMS com circuitos integrados de silício, tornando o design do oscilador ainda mais compacto.