Frekvensstabilisering i ikke -lineære nanomekaniske oscillatorer

Brug af Center for Nanoskala Materialer (CNM) ekspertise i design og fremstilling af mikro- og nanoskalaenheder, en ny strategi til konstruktion af lavfrekvente støjoscillatorer udnytter de iboende ikke-lineære fænomener i mikro- og nanomekaniske resonatorer. En grundlæggende begrænsning af sådanne resonatorer blev behandlet af et team af forskere fra Nanofabrication &Devices Group, der arbejder med CNICT, Argentina.

Mekaniske oscillatorer er en væsentlig komponent i næsten alle elektroniske systemer, der kræver en frekvensreference til tidtagning eller synkronisering. De er også meget udbredt i frekvensforskydningsbaserede massesensorer, kraft, og magnetfelt. Desværre, da dimensionerne af vibrerende halvlederstrukturer reduceres til mikro- og nanoskala, deres dynamiske respons ved de amplituder, der er nødvendige for drift, bliver ofte ikke -lineær.

Ud over, store forskydningsstabilitet og overdreven frekvensstøj forringer deres ydeevne betydeligt. I dette regime, i modsætning til det lineære tilfælde, resonansfrekvensen har en stærk afhængighed af oscillationsamplituden. Dette øger oscillatorens frekvensstøj betydeligt, og dermed, fordelene ved at operere ved højere amplituder er fortrudt.

Begrænsningen blev overvundet ved at koble to forskellige vibrationstilstande gennem en intern resonans, hvor energiudvekslingen mellem tilstande er sådan, at resonansen i den ene tilstand absorberer den anden amplitude og frekvensudsving. Dette fungerer effektivt som en stabiliserende mekanisk negativ feedback loop.

Resultatet viser, at meget lavfrekvent støjydelse er mulig i det ikke-lineære regime og giver en vej til at erstatte kvartsoscillatorer med nanoelektromekanisk systemteknologi.