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La radio più piccola del mondo
I ricercatori hanno modellato la radio più piccola del mondo con un nanotubo di carbonio. Il nanotubo, posto tra due elettrodi, combina i ruoli di tutti i principali componenti elettrici di una radio, compreso il sintonizzatore e l'amplificatore. Può sintonizzarsi su un segnale radio e riprodurre l'audio tramite un altoparlante esterno.
Vibrazioni positive: Un singolo nanotubo di carbonio può sintonizzarsi su un segnale radio, amplificarlo e demodularlo per ottenere l'audio codificato sull'onda radio portante. Il nanotubo inizia a vibrare (a sinistra) in sintonia con un segnale radio se il segnale è alla stessa frequenza della frequenza di risonanza naturale del nanotubo. Gli sviluppatori della radio a nanotubi hanno trasmesso canzoni, tra cui Good Vibrations, dei Beach Boys, e Largo, dall'opera Xerxes di Handel, in laboratorio e sono stati in grado di sintonizzarsi e ascoltarle utilizzando la radio a nanotubi.
Sebbene l'applicazione pratica della radio sia incerta, potrebbe essere utilizzata nei sensori biologici e ambientali. I ricercatori stanno ora sviluppando sensori microelettromeccanici (MEMS) per misurare i livelli di zucchero nel sangue o i marcatori di cancro nel corpo. Invece dei ricercatori che utilizzano un tag di identificazione a radiofrequenza delle dimensioni di un francobollo, una radio a nanotubi potrebbe essere confezionata con il sensore basato su MEMS e iniettata direttamente nel flusso sanguigno, afferma Alex Zettl , un fisico sperimentale presso l'Università della California, Berkeley, che sta guidando lo sviluppo della radio a nanotubi. Una volta nel corpo, la radio potrebbe fornire una comunicazione wireless tra i minuscoli sensori biologici e un monitor esterno. Per fare ciò, tuttavia, la radio a nanotubi dovrebbe funzionare come trasmettitore. Al momento, è configurato solo come ricevitore, ma Zettl afferma che la stessa fisica funzionerebbe come trasmettitore.
La radio a nanotubi funziona in modo diverso rispetto a una radio convenzionale. Le radio convenzionali hanno quattro parti funzionali principali: antenna, sintonizzatore, amplificatore e demodulatore. Le onde radio che cadono su un'antenna radio creano correnti elettriche a frequenze diverse. Quando qualcuno seleziona una stazione radio, il sintonizzatore filtra tutte le frequenze tranne una. I transistor amplificano il segnale, mentre un demodulatore, tipicamente un raddrizzatore o un diodo, separa i dati - la musica o altro audio - che sono stati codificati su un'onda elettromagnetica portante.
Il team di Zettl ha utilizzato un nanotubo di carbonio per tutte queste funzioni. A causa delle loro proprietà elettriche uniche, i nanotubi di carbonio sono stati precedentemente utilizzati per realizzare componenti elettronici come diodi, transistor e raddrizzatori. È stata una rivelazione che tutto questo potesse essere integrato nello stesso [nanotubo], dice Zettl.
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Guarda e ascolta la radio a nanotubi.
Il nanotubo è cresciuto sporgendo da una superficie di tungsteno, che funge da elettrodo negativo. Anche la punta del nanotubo di carbonio è caricata negativamente. Un vuoto separa il nanotubo da un elettrodo di rame positivo. I ricercatori utilizzano una batteria esterna per applicare una tensione tra i due elettrodi. Gli elettroni saltano dalla punta del nanotubo negativo all'elettrodo positivo, creando quella che viene chiamata corrente di emissione di campo.
Zettl spiega che il nanotubo non funge da antenna nel senso convenzionale. Cioè, invece di captare le onde elettromagnetiche elettricamente, le raccoglie meccanicamente. Ciò accade a causa della frequenza di risonanza naturale del nanotubo. Non appena incontra onde radio che corrispondono alla frequenza, il nanotubo inizia a vibrare al passo con le onde, sintonizzandosi effettivamente solo su quel segnale radio. Le vibrazioni del nanotubo modificano la corrente di emissione del campo e le vibrazioni meccaniche vengono convertite in un segnale elettrico. Una batteria esterna alimenta la corrente di emissione di campo e amplifica il segnale radio. L'emissione di campo è naturalmente asimmetrica: consente alla corrente di fluire solo in una direzione, proprio come i diodi e i raddrizzatori utilizzati nei demodulatori. Quindi il nanotubo funge anche da demodulatore e rileva la musica codificata sull'onda portante.
Per sintonizzarsi su una stazione radio diversa, i ricercatori cambiano la frequenza di risonanza del nanotubo. Lo fanno modificando la tensione applicata agli elettrodi. È come accordare una corda di chitarra, dice Zettl. Il campo elettrico attira il nanotubo. Con lo stesso nanotubo, i ricercatori possono coprire l'intera banda radio FM.
Cees Dekker , un ricercatore di nanotubi presso la Delft University of Technology, nei Paesi Bassi, definisce la nuova radio un'interessante dimostrazione che dispositivi molto semplici possono essere utilizzati per gli [strumenti] di tutti i giorni. Resta da vedere se il dispositivo viene utilizzato o meno per i sensori, dice, ma per ora la semplice dimostrazione è un buon inizio.