Ny forskning kan ge snabbare datorer och bättre mobiltelefoner
Grafen och kolnanorör kan förbättra elektroniken för datorer och mobiltelefoner. Det visar ny forskning från Göteborgs universitet.
Kolnanorör och grafen består båda av kol och har unika egenskaper. Grafen består av ett atomtjockt lager kolatomer medan kolnanorör kan liknas vid ett grafenflak som rullats ihop till en tub.
– Spänner man upp ett grafenflak i båda ändarna kan det tunna skiktet svänga mekaniskt med en grundfrekvens på uppemot en miljard gånger per sekund. Det är samma frekvensområde inom vilket våra radioapparater, mobiltelefoner och datorer kommunicerar, säger forskaren Anders Nordenfelt.
Möjligt väga DNA-molekyler
Genom sin ringa storlek och massa hoppas man att dessa nya kolmaterial ska reducera både storleken och energikonsumtionen ytterligare hos våra elektroniska kretsar.
Förutom framtida tillämpningar inom elektronik undersöks dessutom hur man kan använda grafen för att väga extremt små föremål, till exempel DNA-molekyler.
Självsvängande nanotrådar
De höga mekaniska resonansfrekvenserna innebär att kolnanorör och grafen kan fånga upp signaler i radiofrekvensområdet.
– Frågan som jag och andra ställer oss är om de också kan användas för att producera sådana signaler på ett kontrollerat och effektivt sätt. Det förutsätter att de själva inte drivs av en svängande signal som i sin tur måste produceras av någon annat, säger Anders Nordenfelt.
I sin forskning har Anders Nordenfelt genom en matematisk analys visat att man kan koppla ihop nanotråden med en ganska enkel elektronisk krets och samtidigt applicera ett magnetfält och då få nanotråden att självsvänga mekaniskt.
– Samtidigt förvandlar man en konstant ström till en växelström med samma frekvens som den mekaniska svängningen, säger Anders Nordenfelt.
Övertoner – en väg att nå ännu högre frekvens
Alla mekaniska strängar har förutom sin grundton också övertoner. Det är dessa övertoner som till exempel ger olika musikinstrument deras särpräglade klang.
– Ett oväntat och mycket intressant resultat är att man med den metod jag föreslagit kan få nanotråden att självsvänga i någon av sina övertoner. Vilken överton det blir kan man reglera genom att justera storleken på någon eller några av de elektroniska komponenterna, säger Anders Nordenfelt.
I princip finns det oändligt många övertoner med obegränsat hög frekvens, men för praktiska ändamål uppstår det begränsningar.
En sedan länge närd forskardröm är att kunna producera signaler i Terahertz-området, med tusen miljarder svängningar per sekund.
Det området är speciellt intressant eftersom det utgör ett gränsland mellan mikrovågor och infraröd strålning som hittills varit relativt outforskat. Det är ett område som varit för snabbt för elektroniska kretsar samtidigt som det varit för långsamt för optiska kretsar.
– Riktigt så höga frekvenser kan man nog inte komma upp i med min metod i dagsläget, men kanske någon gång i framtiden, säger Anders Nordenfelt.
Avhandlingens titel: Self Oscillations and Cooling of Carbon Based NEMS Devices
Handledare: Docent Leonid Gorelik, Chalmers Tekniska Universitet, Göteborg
Avhandlingen kan laddas ned här
