Nano-guitarstrengen, der spiller sig selv

Forskere ved Lancaster University og University of Oxford har skabt et nano-elektronisk kredsløb, som vibrerer uden nogen ydre kraft.

Ved hjælp af en lille ophængt wire, der ligner en vibrerende guitarstreng, deres eksperiment viser, hvordan en simpel nanoenhed kan generere bevægelse direkte fra en elektrisk strøm. Forskningen er publiceret i Naturfysik .

For at oprette enheden, forskerne tog et kulstof nanorør, som er tråd med en diameter på omkring 3 nanometer, omkring 100, 000 gange tyndere end en guitarstreng. De monterede det på metalstøtter i hver ende, og derefter afkølet til en temperatur på 0,02 grader over det absolutte nulpunkt. Den centrale del af ledningen var fri til at vibrere, som forskerne kunne opdage ved at føre en strøm igennem den og måle en ændring i elektrisk modstand.

Ligesom en guitarstreng vibrerer, når den plukkes, ledningen vibrerer, når den tvinges i bevægelse af en oscillerende spænding. Det var præcis, som forskerne forventede.

Overraskelsen kom, da de gentog eksperimentet uden tvingende spænding. Under de rette forhold, tråden svingede af sig selv.

Nano-guitarstrengen spillede sig selv.

Ledende forsker Dr. Edward Laird fra Lancaster University sagde:"Det tog os et stykke tid at finde ud af, hvad der forårsagede vibrationerne, men vi forstod det til sidst. I sådan en lille enhed, det er vigtigt, at en elektrisk strøm består af individuelle elektroner. Elektronerne hopper en efter en op på ledningen, hver giver den et lille skub. Normalt er disse skub tilfældige, men vi indså, at når du kontrollerer parametrene helt rigtigt, de vil synkronisere og generere en oscillation."

Så hvilken tone spiller nano-guitaren?

"Nanorøret er langt tyndere end en guitarstreng, så det svinger med meget højere frekvens - langt ind i ultralydsområdet, så ingen mennesker ville være i stand til at høre det.

"Imidlertid, vi kan stadig tildele den en note. Dens frekvens er 231 millioner hertz, hvilket betyder at det er en A-streng, tonehøjde 21 oktaver over standard tuning."

Nano-oscillatoren kunne bruges til at forstærke små kræfter, såsom i nye mikroskoper, eller for at måle viskositeten af ​​eksotiske kvantevæsker. Disse eksperimenter vil blive forfulgt i et nyt laboratorium, som Dr. Laird er ved at opsætte i fysikafdelingen i Lancaster, støttet af et tilskud på 2,7 mio. EUR fra EU.