Использование углеродных нанотрубок в качестве компонента коротковолновой электроники привлекло внимание из-за таких характеристик нанотрубок, как высокая мобильность, высокая проводимость, большая длина свободного пробега. Кроме традиционного применения нанотрубок в полевых транзисторах, они также могут быть успешно применены в качестве, например, радиодетекторов и преобразователей частоты. Использование нанотрубок в качестве радиоволновых преобразователей частоты было ранее продемонстрировано вплоть до 50 ГГц.
Все приложения нанотрубок используют нелинейность тока истока относительно запирающего напряжения. Среди последних достижений – использование нелинейной зависимости токов стока/истока при комнатной температуре, и создание основанного на этом эффекте демодулятора с амплитудной модуляцией с модулирующими частотами вплоть до 100 кГц – устройства, выделяющего полезный сигнал из модулированной несущей волны. Это устройство является нелинейным и биполярным, что делает его проще существующих трехполярных детекторов и преобразователей. Несмотря на то, что устройство еще требует дальнейшей доработки, оно является первым в своем роде и демонстрирует демодулирующие свойства. Кроме того, в ходе работы было проведено измерение шума радиодетектора, основанного на нанотрубках. И наконец, демодулятор был успешно продемонстрирован в действующем АМ радиоприемнике, демонстрируя высокую точность воспроизведения музыки. Все это демонстрирует простоту применения наноматериалов в мире беспроводных технологий.
Углеродные нанотрубки были синтезированы на высокоомных кремниевых подложках (>8000 Ом/см), чтобы минимизировать нежелательный эффект паразитной емкости на высоких частотах. С помощью оптической литографии на подложки нанесли области катализаторов, и затем после 1 часа обработки ультразвуком подложку обработали водным раствором FeCl3 в качестве катализатора, после чего нанотрубки были выращены методом CVD. Затем сверху были осаждены электроды (Pd, 20 нм/Au, 80 нм, зазор 50 мкм, длина 300 мкм). Для дальнейшей работы отбирали только те образцы, в которых через зазор оказывалась перекинута единственная нанотрубка. Для проведения высокочастотных измерений образец крепили к микроволновому держателю с двумя SMA разъемами, как показано на рисунке. Было протестировано 4 устройства с полупроводниковыми нанотрубками, и все продемонстрировали работу в качестве АМ демодуляторов.
Используя полученные результаты, ученые создали прототип радиоприемника, основанного на нанотрубках. Его схема представлена на рисунке. Здесь нанотрубки исполняют ключевую роль, функционируя как АМ демодуляторы. Передатчик при демонстрации использует генератор сигнала для создания радиосигнала частотой 1 ГГц с внешней амплитудной модуляцией (АМ), связанный с iPod’ом - источником музыки - и дипольной TX антенной беспроводного радио. RX антенна принимает радиосигнал (1 ГГц), и через мультиплексор передает его на нанотрубку, где сигнал выпрямляется. Расстояние между TX и RX антеннами ограничено 1 м ,но это расстояние может быть увеличено с помощью стандартного входного усилителя для усиления полученного сигнала перед отправкой его на нанотрубку для дальнейшей демодуляции. Качество звукового сигнала, продемонстрированного нанотрубками, было настолько высоким, что человеческий слух не отличает его от чистого музыкального сигнала.
