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纳米收音机的工作原理

2017-10-19 10:36 来源:网络 作者:网络

普通收音机的天线通过电磁效应接收信号,也就是说,电磁波在天线内产生感应电流,但天线本身始终静止不动。而在纳米收音机中,纳米管是一个极其纤细、轻巧的带电物体,入射的电磁波足以推动它机械地来回运动。“纳米世界神奇无比,与宏观世界大不一样,”策特尔指出,“纳米器件体积极小,以致重力和惯性效应影响甚微,反倒是残余电场对这些小玩意儿起主要作用。”纳米管的振动会改变从纳米管端头流向反电极的电流——用专业术语说就叫做场致发射电流。场致发射(field-emission)是一种量子力学现象,也就是一个较小的外加电压可以引发一个物体(如针尖)的表面发射出一股较大的电子流。基于场致发射的工作原理,人们不仅期望纳米管能充当天线,还希望它能完成信号放大任务。入射到纳米管的微量电磁波将使纳米管振动着的自由端释放出一股较大的电子流。这股电子流将放大入射信号。
下一步就是解调(demodulation),也就是把声音或音乐等有用信息从无线电台发射的载波中提取出来。在调幅(amplitudemodulation,AM)无线电广播中,这种分离是靠整流滤波电路来实现的,这种电路只对载波信号的振幅有反应,对频率则完全无视。策特尔的团队推想,纳米管收音机也可以实现这一功能:当纳米管随着载波频率发生机械振动时,它同样也会响应载波中编码的信息成分。说来也巧,整流正好就是量子力学场致发射与生俱来的一项特质。这就意味着,从纳米管流出来的电流仅随信号中的编码成分( 即被调制的信息成分)而变,载波则被拒之于门外了。这一功能的实现不需要任何额外电路。
简单地说,电磁信号到来时会引起纳米管的振动,纳米管在这一过程中起着天线的作用。纳米管振动端将信号放大,同时依靠内建整流装置的场致发射特性使载波与信息成分分离。然后反电极将探测到场致发射电流的变化,并把歌曲或新闻等广播内容传送到扬声器,由扬声器把信号转变为声波。

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