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美國研究人員研發出最小的頻率調制(frequency-modulated, FM)射頻發送器。他們使用了石墨烯(graphene)奈米機電系統(nanoelectromechanical system, NEMS)，裝置的振動頻率為100 MHz，可望應用於高敏質量感測以及晶片外訊號處理。此研究對於推進無線訊號傳輸及設計超薄手機而言可謂是重要的一步。
石墨烯為具蜂巢狀晶格結構的單原子厚平面碳材料。自從於2004年發現之後，「神奇材料」(wonder material)石墨烯不斷以其獨特的電子和機械性質驚豔科學家，譬如高導電率以及絕佳強度。石墨烯同時非常適合用來製作奈米機電系統(nanoelectromechanical system, NEMS)，NEMS可視為是微機電系統(MEMS)的縮小版本，MEMS一般則常用來偵測振動。
此實驗由美國哥倫比亞(Columbia)大學James Hone研究團隊所完成。Hone表示，他們的裝置遠小於其他射頻信號源，而且能安裝於處理資料的晶片上。此外，該裝置可視為電子元件電壓控制振盪器(voltage controlled oscillator, VCO)的奈米機械版本，可產生100 MH的FM信號，此頻率落於FM波段(87.7 - 108 MHz)中間。藉由此石墨烯NEMS，他們成功使用低頻音樂信號調制100 MHz載波信號，並且以一般FM接收器還原此信號。
石墨烯NEMS或許尚未能取代傳統射頻發送器，但它能應用於許多其他無線訊號的處理。團隊成員Kenneth Shepard解釋，雖然大部分電子元件遵循摩爾定律(Moore’s Law)，少數裝置如產生和處理無線信號元件則難以微型化。這些所謂的晶片外元件(off-chip component)需較大空間及功率，而且其頻率難以調變。石墨烯NEMS在此時便能派上用場，因為其體積微小且能直接整合至一般CMOS晶片。更重要的是，由於石墨烯的絕佳強度，其頻率能輕易在大範圍內調變。
在裝置的製作過程中，他們把石墨烯片接至源極和汲極，並使其自由懸掛於金屬閘極上。在此組態下，閘極直流電壓可把石墨烯拉向閘極，調整張力即能改變其共振頻率；閘極上射頻訊號則會驅使石墨烯片振動。最後他們在石墨烯上施加一直流偏壓，而當石墨烯振動時，其行為如同閘極電容不斷改變的電晶體，而正是此行為產生源極-閘極電流。該裝置的振動性質是在室溫的真空探測站中，使用開放迴路設備以及網路分析儀。
該研究團隊目前計畫將此裝置直接整合入已具備所需驅動器和讀取電路的積體電路上，他們並且打算改良此振動器效能並減少元件噪訊。詳見Nature Nanotechnology｜doi:10.1038/nnano.2013.232。 |