Carbon nanotube nanoradios: The field emission and transistor configurations

In this article, we explore and compare two distinct configurations of the “nanoradio” concept where individual carbon nanotube resonators are the central electromechanical element permitting signal demodulation. The two configurations of singly-clamped field emitters and doubly-clamped field effect transistors are examined which at first glance are quite different, but in fact involve quite similar physical concepts. Amplitude, frequency and digital demodulation are demonstrated and the analytical formulae describing the demodulation are derived as functions of the system parameters. The crucial role played by the mechanical resonance in demodulation is clearly demonstrated. For the field emission configuration we particularly concentrate on how the demodulation depends on the variation of the field amplification factor during resonance and show that amplitude demodulation results in the best transmitted signal. For the transistor configuration the important aspect is the variation of the nanotube conductance as a function of its distance to the gate. In this case frequency demodulation is much more effective and digital signal processing was achieved. The respective strengths and weaknesses of each configuration are discussed throughout the article.

RésuméDans cet article nous analysons et comparons deux configurations différentes du concept de « nanoradio » où des nanotubes de carbone individuels résonant constituent lʼélément électro-mécanique essentiel permettant la démodulation du signal radio. Les deux configurations, émetteur de champ simplement encastré et transistor à effet de champ doublement encastré, peuvent à première vue sembler relativement différentes mais, après analyse, elles reposent sur des concepts physiques similaires. La démodulation de signaux codés en amplitude (AM), fréquence (FM) et phase (PM) est démontrée et les formules analytiques décrivant cette démodulation sont exprimées en fonction des paramètres des systèmes. Le rôle crucial joué par la résonance mécanique dans le processus de démodulation est ainsi clairement mis en évidence. Pour la configuration en émission de champ nous montrons comment la démodulation dépend de la variation du facteur dʼamplification de champ durant la résonance et que les meilleures performances sont obtenues pour la démodulation dʼun signal codé en amplitude. Pour la configuration transistor le point principal est la variation de la conductance du nanotube en fonction de sa distance à la grille. Dans ce cas la démodulation dʼun signal codé en fréquence est plus efficace et la démodulation de signaux digitaux a été démontré. Les avantages et défauts de chaque configuration sont discutés tout au long de lʼarticle.