La deformación se puede utilizar para diseñar propiedades inusuales a nanoescala. Los investigadores del laboratorio de Tobias Kippenberg en EPFL han aprovechado este efecto para diseñar una nanocadena de pérdida extremadamente baja. Cuando se arranca, la cuerda vibra durante minutos con un período de microsegundo equivalente auna nota estándar de guitarra tocando durante un mes. Utilizándolo como un micrófono ultrasensible, los investigadores esperan poder "escuchar" el sonido de los fotones en un rayo láser. El trabajo se publica en ciencia .
Una lección de manejo del estrés
Para un ingeniero mecánico, el estrés suele ser una molestia. Sin embargo, si se maneja adecuadamente, también puede ser una herramienta poderosa: un cuerpo elástico responde al estrés ajustando la distancia entre sus átomos deformación, que puede usarse para controlar elpropiedades de sus electrones. Un ejemplo de tal "ingeniería de deformación elástica" es el transistor moderno, cuya velocidad de operación se mejora al estresar su material de puerta de silicio.
El estrés también se puede usar para diseñar las propiedades de un cuerpo elástico. Estirar una cuerda de guitarra, por ejemplo, cambiará no solo su sonido su frecuencia vibratoria, sino también su factor de calidad la cantidad de vibraciones producidas por un solo"Este efecto, conocido como" dilución de disipación ", no es deseable en muchos círculos musicales, pero en otros campos puede ser una gran ventaja.
Más grande no siempre es mejor
Uno de estos campos es la nanomecánica, donde el factor de calidad de un oscilador dicta su utilidad para aplicaciones como la detección de fuerza. Durante la última década, los osciladores nanomecánicos tensos han surgido como un paradigma importante debido a sus factores de calidad anormalmente altos; sin embargo, esta tendenciano es tanto una elección de diseño como un artefacto de grandes tensiones producidas naturalmente a nanoescala.
Armados con un poderoso conjunto de herramientas en el Centro de MicroNanoTecnología de EPFL, los investigadores del laboratorio de Kippenberg se dedicaron a diseñar dispositivos nanomecánicos con dilución de tensión y disipación deliberadamente mejorada. Descubrieron que una cuerda es una geometría ideal para esto, aunque su movimiento debe ser localizadolejos de sus soportes y co-localizado con su perfil de estrés interno.
Para cumplir con estos requisitos, los investigadores diseñaron la cuerda en una estructura periódica en la cual las vibraciones podrían quedar atrapadas alrededor de un defecto central: un cristal fonónico. Para ubicar la tensión, el defecto se estrecha cuidadosamente y el patrón completo se imprime enuna cadena de aproximadamente 10 nm de espesor y 1 cm de largo el equivalente a estirar el puente Golden Gate a través del océano Pacífico.
Las mediciones realizadas en dispositivos de nanocadenas a temperatura ambiente revelan modos localizados que vibran a 1 MHz durante decenas de minutos, correspondientes a un factor de calidad de 800 millones. Transpuesto a una cuerda de guitarra estándar, se reproduciría una "nota" equivalente durante un mes.
escuchando la luz
Debido a su pequeña masa y factores de calidad extrema, se espera que las nanocadenas similares a las desarrolladas en el laboratorio de Kippenberg tengan un impacto importante en las aplicaciones de detección tradicionales. Operadas como sensores de fuerza, por ejemplo, son capaces de detectar perturbaciones locales enel nivel de attonewtons, equivalente a la atracción gravitacional entre los seres humanos.
Una aplicación intrigante es detectar fuerzas de luz débiles. Al acoplar una nanocadena a una guía de ondas ópticas, el laboratorio de Kippenberg demostró recientemente la capacidad de "escuchar" el suave sonido de los fotones que fluyen en un rayo láser cada uno imparte una pequeña fuerza de presión de radiación ala cadena .En un giro sorprendente, mostraron cómo esta medida podría usarse para generar un estado de luz no clásico conocido como luz comprimida, que puede usarse para mejorar la sensibilidad de un interferómetro óptico.
Ahora están haciendo una pregunta diferente: ¿es posible usar el mismo campo de luz para "ver" las fluctuaciones de vacío de la nanocadena una consecuencia de su naturaleza de tipo fonónico? "El principio de incertidumbre de Heisenberg predice que las dos capacidadesson proporcionales ", dice Dalziel Wilson, uno de los autores del artículo." Operar en este llamado límite cuántico estándar ofrece la posibilidad de enfriar un objeto mecánico de tamaño tangible desde la temperatura ambiente para absolver a cero su estado fundamental de movimiento, el comienzopunto para innumerables experimentos cuánticos "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Escuela Politécnica Federal de Lausana . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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