大容量データの受信が可能なCNT1本でできた超小型アンテナを名大などが開発

名古屋大学(名大)と豊田中央研究所(豊田中研)は11月17日、大容量のデジタルデータを受信可能なカーボンナノチューブ(CNT)1本からなる、ナノスケールのアンテナを開発したと発表した。

同成果は、名大未来材料・システム研究所の大野雄高教授、豊田中研の舟山啓太研究員らの共同研究チームによるもの。詳細は、ナノマテリアルの応用を扱う学術誌「ACS Applied Nano Materials」にオンライン掲載された。

無線電波の送受信に用いられるアンテナは、受信信号(電磁波)の波長により大きさが決まっており、小型化することが難しいという課題がある。

今回の研究では、受信信号を機械振動に変換し、それを電気信号に戻す機械振動子アンテナ技術に着目。その素材にCNTを採用することで、アンテナサイズをナノスケールに小型化することに成功したという。

(a)電子顕微鏡で撮影されたナノスケールアンテナの画像。(b)直流電圧をかけた際のアンテナのイメージ。(c)信号を受信し、屈曲した際のアンテナのイメージ (出所:名大プレスリリースPDF)

実際に作製された機械振動子アンテナは、1本のCNTからなる片持ち梁が、小さな空間を介して微小電極と対向している構造を持っており、この微小電極とCNT間に直流電圧をかけることで、CNT先端から電子が飛び出して電流が流れるという仕組み。そこに、外部から信号(電磁波)が照射されるとCNT内の電子に静電力が働き、到来信号に合わせてCNTが機械的に振動。CNTと微小電極間の距離によって、両者間を流れる電流の大きさが変化することで、その電流値に受診した信号情報が反映されるという。

実際にカラー画像のデータを受信した際の動作実証が行われたところ、符号誤り訂正といったデジタル通信技術を組み合わせることで、ノイズ下においても0.93bit/Hzという高い通信性能を達成。これは、80MHzの帯域幅において、約70Mbpsの通信速度を実現可能であることを意味しているという。