Eksotisk adfærd, når mekaniske enheder når nanoskalaen

De fleste mekaniske resonatorer dæmper (sænker farten) på en velforstået lineær måde, men banebrydende arbejde af Prof. åbner spændende muligheder for superfølsomme detektorer af kraft eller masse.

I en artikel, der skal publiceres i Natur nanoteknologi , Prof. Bachtold og hans medforskere beskriver, hvordan de dannede resonatorer i nanoskala ved at suspendere små grafenplader eller kulstofnanorør og klemme dem fast i hver ende. Disse enheder, ligner guitarstrenge, kan indstilles til at vibrere ved meget bestemte frekvenser.

I alle mekaniske resonatorer, der er undersøgt til dato, fra store genstande flere meter i størrelse ned til små komponenter på blot et par tiere nanometer i længden, dæmpning er altid blevet observeret at forekomme i en meget forudsigelig, lineær måde. Prof. Bachtolds forskning viser imidlertid, at dette lineære dæmpningsparadigme bryder sammen for resonatorer med kritiske dimensioner på atomskalaen. Af særlig betydning har de vist, at dæmpningen er stærkt ikke-lineær for resonatorer baseret på nanorør og grafen, en egenskab, der letter forstærkning af signaler og dramatiske forbedringer i følsomhed.

Fundet har dybe konsekvenser. Dæmpning er central for nanoelektromekaniske resonatorers fysik, ligger i kernen af ​​kvante- og sanseeksperimenter. Derfor skal mange forudsigelser, der er fremsat for nanoskala elektromekaniske enheder, nu tages op til revision, når man overvejer nanorør og grafenresonatorer.

Denne nye indsigt i dynamikken i nanoskala resonatorer vil også muliggøre dramatiske forbedringer i ydeevnen af ​​adskillige enheder. Prof. Bachtolds gruppe har allerede opnået en ny rekord i kvalitetsfaktor for grafenresonatorer og ultra-svag kraftføling med en nanorørsresonator.

Arbejdet er særligt aktuelt, fordi et stigende antal forskergrupper rundt om i verden med forskellig baggrund vælger at studere nanorør/grafen-resonatorer, som har en række unikke nyttige egenskaber.