Grafen och kolnanorör kan förbättra elektroniken som används i datorer och mobiltelefoner, avslöjar ny forskning från Göteborgs universitet, Sverige.

Kolnanorör och grafen är båda uppbyggda av kol och har unika egenskaper. Grafen består av ett atomtjockt lager av kolatomer, medan kolnanorör kan liknas vid ett grafenark som har rullats ihop för att bilda ett rör.

"Om du sträcker ett grafenark från ände till ände kan det tunna lagret svänga med en grundläggande frekvens att gå på en miljard gånger per sekund, ", säger forskaren Anders Nordenfelt. "Detta är samma frekvensområde som används av radioapparater, mobiltelefoner och datorer."

Möjligt att väga DNA-molekyler

Förhoppningen är att den begränsade storleken och vikten av dessa nya kolmaterial ytterligare kan minska både storleken och strömförbrukningen hos våra elektroniska kretsar.

Förutom nya applikationer inom elektronik, forskning pågår om hur grafen kan användas för att väga extremt små föremål som DNA-molekyler.

Självoscillerande nanotrådar

De höga mekaniska resonansfrekvenserna gör att kolnanorör och grafen kan ta upp radiosignaler.

"Frågan är om de också kan användas för att producera den här typen av signaler på ett kontrollerat och effektivt sätt, ", säger Anders Nordenfelt. "Detta förutsätter att de själva inte drivs av en oscillerande signal som, i tur och ordning, måste produceras av något annat."

I sin forskning genomförde Anders Nordenfelt en matematisk analys för att visa att det är möjligt att koppla nanotråden med en ganska enkel elektronisk krets, och samtidigt lägga på ett magnetfält och på så sätt få nanotråden att självsvänga mekaniskt.

"Samtidigt omvandlar vi en likström till en växelström med samma frekvens som den mekaniska svängningen, säger Anders Nordenfelt.

Övertoner – ett sätt att nå ännu högre frekvenser

Förutom sin egen keynote, alla mekaniska strängar har övertoner som, till exempel, ge olika musikinstrument ett eget ljud.

"Ett oväntat och mycket intressant resultat är att metoden jag har föreslagit kan användas för att få nanotråden att självsvänga i en av dess övertoner, ", säger Anders Nordenfelt. "Du kan ändra övertonen genom att ändra storleken på en eller flera av de elektroniska komponenterna."

I princip, det finns ett oändligt antal övertoner med obegränsade höga frekvenser, men det finns praktiska begränsningar.

En långvarig forskningsdröm är att producera signaler i terahertzområdet, med biljoner svängningar per sekund.

Detta område är särskilt intressant eftersom det ligger på gränsen mellan mikrovågor och infraröd strålning som, hittills, har varit föremål för relativt lite forskning. Det är ett område som har varit för snabbt för elektroniska kretsar, men för långsam för optiska kretsar.

"Vi kan inte få de här riktigt höga frekvenserna med min metod som det ser ut, men det kan vara något för framtiden, säger Anders Nordenfelt.