Ring min streng:Byg silicium nano-strenge

Stramning af en snor, f.eks. når du stemmer en guitar, får den den til at vibrere hurtigere. Men når strenge er i nanostørrelse, reducerer øget spænding også tabet af strengens vibrationstilstande, eller "fortynder".

Denne effekt, kendt som 'dissipation dilution', er blevet udnyttet til at udvikle mekaniske enheder til kvanteteknologier, hvor konstruerede, spændte nanostrenge med en tykkelse på blot et par snesevis af atomlag oscillerer mere end ti milliarder gange efter blot at være blevet plukket én gang. Det tilsvarende på en guitar ville være en akkord, der blev hørt i omkring et år efter at være blevet plukket.

Forskere ved EPFL med professor Tobias J. Kippenberg i spidsen har nu lavet en simpel observation om krystaloscillatorer, som allestedsnærværende bruges i elektroniske enheder og er kendt for at besidde ekstremt lille mekanisk energitab ved lav temperatur. Forskerne beviste, at hvis et krystallinsk materiale med nanoskala tykkelse strækkes med høj spænding og bevarer sin atomare orden, ville det være en god kandidat til at lave strenge med langlivede akustiske vibrationer. Undersøgelsen er publiceret i Nature Physics .

"Vi valgte anstrengte siliciumfilm, fordi det er en etableret teknologi i elektronikindustrien, hvor de bruges til at forbedre ydeevnen af ​​transistorer," siger Dr. Nils Engelsen, en af ​​avisens forfattere. "Anspændte siliciumfilm er derfor kommercielt tilgængelige i ekstremt små tykkelser på omkring 10 nanometer."

En stor udfordring er, at nanostrengene skal have ekstreme størrelsesforhold. I dette papir er de nanomekaniske enheder 12 nanometer tykke og op til 6 millimeter lange. Hvis en sådan nanostreng blev bygget stående med en fundamentdiameter svarende til Burj Khalifa-tårnets spids, ville dens spids overgå Medium Earth Orbit, hvor GPS-satellitter kredser om Jorden.

"Disse strukturer bliver skrøbelige og modtagelige for små forstyrrelser under de sidste trin af deres mikrofabrikation," siger Alberto Beccari, en Ph.D. studerende i Kippenbergs laboratorium, og avisens første forfatter. "Vi var nødt til fuldstændigt at forny vores fremstillingsprotokol for at kunne suspendere dem uden katastrofalt sammenbrud."

De spændte siliciumnanostrenge er særligt interessante til kvantemekaniske eksperimenter, hvor deres lave spredningshastighed giver fremragende isolering fra miljøforstyrrelser, hvilket muliggør skabelsen af ​​kvantetilstande med høj renhed.

"En langvarig søgen i fundamental fysik er at studere og udvide størrelsen og masseskalaen af ​​objekter, der udviser kvantemekanisk adfærd, før de stadigt stigende tilfældige 'spark' og udsving fra det varme, støjende miljø tvinger dem til at opføre sig iht. til Newton-mekanikkens love," siger Beccari. "Kvantemekaniske effekter er allerede blevet observeret med mekaniske resonatorer af samme størrelse og masse ved temperaturer tæt på det absolutte nulpunkt.

"Derudover kunne disse nanostrenge bruges som præcisionskraftsensorer, idet de er udsat for alle mulige former for interaktioner - for eksempel for det minimale strålingstryk fra lysstråler, for svage interaktioner med mørkt stofpartikler og for magnetiske felter produceret af subatomære partikler. " + Udforsk yderligere

Én streng til at styre dem alle