Tromme slår fra en ét atom tyk grafitmembran

Forskere fra Tata Institute of Fundamental Research, Mumbai, har demonstreret evnen til at manipulere vibrationer på en tromle med nanometer skala tykkelse - realisering af verdens mindste og mest alsidige tromle. Dette arbejde har konsekvenser for at forbedre følsomheden af ​​små massedetektorer - meget vigtig for at detektere massen af ​​små molekyler som vira. Dette åbner også dørene for at undersøge spændende nye aspekter af grundlæggende fysik.

Arbejdet, for nylig offentliggjort i tidsskriftet Naturnanoteknologi , gjort brug af grafen, et tykt undermateriale med et atom, at fremstille trommer, der har meget afstemmelige mekaniske frekvenser og kobling mellem forskellige tilstande. Kobling mellem tilstande viste sig at være kontrollerbar, hvilket førte til oprettelsen af ​​nye, hybrid tilstande og, yderligere, tilladt forstærkning af vibrationerne.

Eksperimentet bestod i at studere de mekaniske vibrationstilstande, eller 'noter', ligner en musikalsk tromme. Tromlens lille størrelse (diameter 0,003 mm, eller 30 gange mindre end menneskehårets diameter) gav anledning til høje vibrationsfrekvenser i området 100 Mega Hertz - hvilket betyder, at denne tromle vibrerer 100 millioner gange på et sekund. Værket udført af hovedforfatter, Ph.d. -studerende John Mathew, i nanoelektronikgruppen ledet af prof. Mandar Deshmukh, viste, at noterne på disse tromler kunne kontrolleres ved at bruge en elektrisk kraft, der bøjer, eller belastninger, tromlen. Tromlens bøjning bevirkede også, at tromlens forskellige tilstande interagerede med hinanden. Dette fører til en sloshing af energi mellem to noter.

"Ved hjælp af denne interaktion viser vi nu, at energi kan overføres mellem de tilstande, der fører til oprettelse af nye 'noter' i tromlen", siger prof. Deshmukh. Energioverførselshastigheden kan præcist styres af elektriske signaler, der modulerer koblingen. Arbejdet, ud over, gjort brug af den mekaniske tilstandskobling til at manipulere den energi, der går tabt til miljøet, og demonstrerede forstærkning af vibrationsbevægelsen, svarer til en stigning i lyd fra tromlen.

Ved lave temperaturer, de høje mekaniske frekvenser ville tillade undersøgelser af energioverførsel af kvantemekanisk karakter mellem tonerne. Koblingen mellem forskellige noter af tromlen kunne også konstrueres til at fungere som mekaniske logiske kredsløb og føre til forbedringer i kvanteinformationsbehandling. Evnen til at forstærke den mekaniske bevægelse vil også hjælpe med at forbedre følsomheden af ​​sensorer baseret på nanoskala tromler.