Kvanteverdenens mindste vibrationssensor

Carbon nanorør og magnetiske molekyler betragtes som byggesten i fremtidige nanoelektroniske systemer. Deres elektriske og mekaniske egenskaber spiller en vigtig rolle. Forskere fra Karlsruhe Institute of Technology og franske kolleger fra Grenoble og Strasbourg har nu fundet en måde at kombinere begge komponenter på atomniveau og at bygge et kvantemekanisk system med nye egenskaber. Det er rapporteret nu i den trykte version af Natur nanoteknologi tidsskrift.

I deres eksperiment brugte forskerne et carbon nanorør, der var monteret mellem to metalelektroder, spændte over en afstand på omkring 1 µm, og kunne vibrere mekanisk. Derefter, de anvendte et organisk molekyle med et magnetisk spin på grund af et indbygget metalatom. Dette spin var orienteret i et eksternt magnetfelt.

"I denne opsætning, vi demonstrerede, at rørets vibrationer påvirkes direkte, når spindet vender parallelt eller antiparallelt med magnetfeltet, " forklarer Mario Ruben, leder af arbejdsgruppen på KIT. Når spindet ændres, den resulterende rekyl overføres til kulstofnanorøret, og sidstnævnte begynder at vibrere. Vibration ændrer rørets atomare afstande og, derfor, dens konduktans, der bruges som et mål for bevægelse.

Den stærke vekselvirkning mellem et magnetisk spin og mekanisk vibration åbner op for interessante applikationer bortset fra at bestemme kulstofnanorørets bevægelsestilstande. Det foreslås at bestemme massen af ​​individuelle molekyler og at måle magnetiske kræfter inden for nano-regimet. Brug som en kvantebit i en kvantecomputer kan også være mulig.

Ifølge de supplerende oplysninger, der er offentliggjort i samme udgave af naturnanoteknologi, er sådanne interaktioner af stor betydning i kvanteverdenen, dvs. i rækken af ​​diskrete energier og tunneleffekter, til fremtidig brug af nanoskopiske effekter i makroskopiske applikationer. Kombination af spin, vibrationer, og især rotation på nanoskala kan resultere i helt nye applikationer og teknologier.